Исследования электрической активности сердца.
ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИЯ

            Рассмотрим электрокардиографию как один из наиболее прогрессивных методов исследования сердечно сосудистой системы (ССС) более подробно.
Электрокардиография - метод графической регистрации изменения величины и направления электродвижущей силы (ЭДС) возбужденных участков миокарда во времени соответственно определенной оси отведений.
Электрокардиограмма - это проекция динамики суммарного вектора возбуждения в течение сердечного цикла на ось отведений.

Электрокардиография - один из наиболее точных в современной медицине методов исследования больного, в частности процессов возбуждения и проведения импульсов в миокарде.   Начатый более 100 лет назад работами И.М. Сеченова, В. Эйнтховена,
А.Ф. Самойлова и другими, метод электрокардиографии сейчас распространился  повсеместно.

Электрокардиограмма фиксирует только особенности возбуждения миокарда и проведение импульсов, отражающих состояние клеток мышцы сердца.
Электрокардиограмму регистрируют на бумаге чернильным  или тепловым способом.
Вектор суммарной ЭДС возбуждения желудочков получил название  электрической оси сердца (ЭОС); в норме направление ЭОС примерно совпадает с анатомической осью сердца.
Наиболее полно электрокардиограмма отражает нарушения ритма и проводимости (блокады на протяжении проводниковых путей сердца).
На втором месте в диагностическом плане стоит распознавание перегрузок (гипертрофии) желудочков и предсердий.
Электрокардиограмма фиксирует особенности возбуждения миокарда и  проведении импульсов, косвенно отражая состояние клеток мышцы сердца.  Формы зубцов электрокардиограммы зависят от положения электродов на теле пациента.

Общепринятая методика снятия отведений включает в настоящее время снятие 12 отведений.

Электрокардиографические отведения.

Участок (точка) поверхности тела, на которую накладывается электрод, называется позицией электрода. Отведение - это способ выявления разности потенциалов между 2-я участками тела.
Отведения классифицируют на однополюсные и двухполюсные.  Двухполюсные регистрируют изменение разности потенциалов между 2-я точками тела, однополюсные отражают разность потенциалов какого либо участка тела и потенциала, постоянного по величине, условно  принятого за нуль.  Для создания нулевого потенциала применяют объединенный электрод Вильсона (индифферентный), образуемый при соединении (через сопротивления) трех конечностей - правая и левая рука, и левая нога.
Обычно регистрируют 12 отведений: 3-и стандартных конечностных (I, II, III)
3-и усиленных конечностных (aVR aVL aVF) и 6-ть грудных однополюсных отведений (V1, V2,V3,V4,V5,V6).
В.Эйнтховен в 1908г. предложил снятие стандартных (I, II, III) отведений. Усиленные отведения от конечностей были предложены Е.Голдбергером (1942 г.) Это однополюсные отведения.  Применяют  3-и усиленных отведения от конечностей: от правой руки(aVR)  от левой руки(aVL) и от левой ноги(aVF).
( augmented - усиленный  right - правый  left-левый  foot - нога)
Шесть отведений от конечностей дают возможность регистрировать ЭДС во фронтальной плоскости.
Грудные отведения были предложены Вильсоном и являются однополюсными. Обозначаются Vi. Обычно грудных отведений регистрируется 6-ть (V1,V2,V3,V4,V5,V6).  Возможно и большее количество грудных электродов для определенных методик обследования пациента.
После регистрации на твердом носителе (бумага) нормальный вид электрокардиограммы выглядит следующим образом.

Рисунок 1    Представление графического изображения отведений X,Y,Z ( отведения Франка )

Рисунок 2   Зубцы, сегменты и интервалы  на стандартной  ЭКГ записи.

            Электрокардиограф – прибор, регистрирующий на бумаге изменение разности потенциалов между точками в электрическом поле сердца (на поверхности тела) во время его возбуждения.
Современные электрокардиографы должны осуществлять как одноканальную, так и многоканальную запись ЭКГ.
В случае многоканальной записи синхронно (изохронно) регистрируется несколько различных ЭКГ отведений, что значительно сокращает время исследования и дает возможность получить более точную информацию об электрическом поле сердца.
Электрокардиограф состоит из входного устройства (электроды, кабель отведений), усилителей биопотенциалов и регистрирующего устройства.
Разность потенциалов с поверхности тела снимается посредством металлических электродов, укрепленных на различных участках тела резиновыми ремнями или грушами.
Малое напряжение (не более 10 мВ), воспринимаемое электродами, подается на систему биоусилителей. В результате усиления небольшие колебания напряжения усиливаются во много раз и подаются в регистрирующее устройство прибора.

Электрокардиограмму регистрируют на бумаге чернильным или тепловым способом.
Схема размещения электродов для  взятия 12-ти стандартных общепринятых отведений  изображена на рис.3 и 4.

Рисунок 3    Схема  наложения грудных электродов.
V1 - накладывается электрод С1 окрашенный обычно бело-красным;
V2 - накладывается электрод С2 окрашенный  бело-желтым;
V3 - накладывается электрод С3 окрашенный  бело-зеленым;
V4 - накладывается электрод С4 окрашенный  бело-коричневым;
V5 - накладывается электрод С5 окрашенный  бело-черный;

V6 - накладывается электрод С6 окрашенный  бело-синий;

Рисунок 4  Схема наложения конечностных электродов.

Следует указать, что помимо общепринятых стандартных отведений для  специальных методик обследования возможно и другое взятие отведений.
Подобные взятия обычно названы по именам авторов, например взятие отведений по Нэбу, методика Франка, система отведений по  И.Т.Акулиничеву (пятиплоскостная прекордиальная) подобного  рода взятие отведений применяется, например, для целей векторэлектрокардиографии.
В случае необходимости используются отведения со спины, шеи, дополнительные грудные (V7,V8,V9…).Правосторонние грудные.
Особое место следует уделить отведения специального назначения таким, как пищеводные и внутриполостные (внутрипредсердные и внутрижелудочковые).  При введении этих отведений существенно важна длина электрода. Электродом в этом случае является металлический катетер, вводимый например чрезпищеводно на вполне определенную глубину.
Уровень сигнала в подобных отведениях может быть выше обычного (снятого с поверхности кожи ) на порядок, что требует особых характеристик от аппаратуры.
Широкое распространение получили ЭКГ методики исследования, проводимые в условиях мышечной работы на велоэргометрах (велоэргометрия) с приспособлениями позволяющими регулировать величину нагрузки посредством изменения сопротивления вращения педалей. (Нагрузочные пробы).
Системы отведений при проведении нагрузочных проб несколько отличаются от стандартных.
В клинической практике общее число  систем взятия отведений  (и вариантов медицинских методик) превышает 40 вариантов.
Все подобные электрографические системы могут быть разбиты на 3-и группы: системы основанные на принципах построения двухполюсных грудных отведений;
системы, основанные на принципах ортогональных отведений;
модифицированные системы, основанные на принципах формирования 12-ти общепризнанных стандартных отведений.
Из числа наиболее известных и имеющих практическое применение назовем следующие:

1. Двухполюсные грудные отведения A(Anterior), D(Dorsalis), I(Inferior) по Нэбу (Nehb предложены в 1938г.);
2. Отведения по Л. А. Бутченко – 3-и отведения;
3. Отведения по А.Т. Воробьеву – двухполюсные грудные;

Точки наложения электродов по перечисленным методам изображены на рисунке 5.

Рисунок 5.

Методика Нэба заключается в том, что электроды расположены на грудной клетке так, что образуют "маленький сердечный треугольник". Этим способом отведений достигается не плоскостное, а топографическое отображение потенциалов 3-х поверхностей сердца: передней –A задней-D и нижней-I.
Здесь в основном следует учитывать, что конечностные отведения при проведении нагрузочных проб заменяются эквивалентным взятием с груди.
Например, индифферентный электрод   при методики взятия отведений по Франку может быть расположен в точке F1 ( область крестца ) или если это не удобно, - в области F2 - слева в восьмом межреберье. ( Смотри рисунок 6)
Методика взятия отведений "по Франку" удобна тем, что позволяет получить при применении 7-и электродов 3-и ортогональных отведения. Поэтому, именно эта методика чаще всего используется в векторэлектрокардиографии.

Рисунок 6.   Схема наложения электродов по Франку.

            Не следует забывать и альтернативные методы  получения корригированной  системы ортогональных отведений, как-то:
МакФи Пуранго (McFee Purangao ) ,CBEK-III ,Акулиничева и др.
Для регистрации ортогональных отведений требуется в данной ситуации и специальные электрокардиографы называемые векторкардиографами. При проведении нагрузочных проб характеристики прибора для регистрации ЭКГ несколько отличаются от общепринятых. В частности необходим прибор с регулируемой так называемой постоянной времени. ( Пропускная  способность тракта на частотах ниже 1 Гц).
Схема изображенная на рис 5. для вычисления отведений по методике Франка также требует иного построения входной части электрокардиографа.
Разнообразие и необходимость методик диктует такое же разнообразие (а зачастую и противоречивость) в принципах построения современных электрокардиографов.
Характеристики современных  кардиографов определены,
охвачены всеми необходимыми требованиями ( ГОСТы, МЭК ..),
и позволяют зачастую использовать один и тот же прибор для проведения исследования пациента по нескольким разнообразным медицинским методика.
Рациональный выбор отведений при исследованиях  остается спорным вопросом. По мнению ряда ученых ортогональные отведения благодаря своей простоте призваны в будущем заменить современные методы отведений.
Между стандартными, усиленными и грудными отведениями существует вполне определенные соотношения, которые необходимо учитывать при разработке различного рода аппаратов для кардиографических целей.

 Общепринятые стандартные отведения

Отведения Эйнтховена (Эйнтговена)

            I =   L-R           =    (L-F)-(R-F)          =  II - III 
           II = -R+F                   =  - (R-F)
          III = -L+F                   =  - (L-F)

Усиленные отведения  Гольдбергера

       aVR = R - (L+F)/2 = (R-F)-(L-F)/2      =  - II  + III/2
       aVL = L - (R+F)/2 = (L-F)-(R-F)/2      =  - III +  II/2
       aVF = F - (R+L)/2 =- (R-F)/2-(L-F)/2 =   (II   + III)/2

Грудные отведения Вильсона - Гольдбергера

         Vi = Ci - (R+L+F)/3 = (Ci-F) - ((R-F)+(L-F))/3
                            
         для   i = 1 ... 6 …….

(Специальные исследования показывают, что на самом деле так называемые однополюсные отведения по своим физическим данным не отличаются от обычных двухполюсных отведений. Дифферентный электрод по методике Вильсона-Гольдбергера не отражает в чистом виде потенциал той области, куда он помещен, а "центральная терминаль" – объединенный электрод не является нулевым и принимает участие в формировании электрокардиограммы. Поэтому отведения по Вильсону-Гольдбергеру не отличаются в принципе от обычных отведений. Классификация отведений на однополюсные и двухполюсные,- чисто условна.)
( Д.Ф.Пресняков представил математическое доказательство отсутствия  "нуля" в удаленном электроде).
Также Ekey  и Frolich доказали, что объединенный электрод Вильсона не является нулевым – его остаточный потенциал составляет  порядка 0.3 мВ.
Однако, учитывая его постоянство и отсутствие влияния на электрокардиограмму при его перемещении на любой участок тела такой электрод можно считать "индифферентным". Таким образом, в прямом смысле этого слова однополюсные отведения не существуют.

Электроды.

Для измерения сигналов используют, как минимум, два электрода, которые располагают на поверхности тела пациента.
Электроды могут быть поляризующиеся и неполяризующиеся, при этом первые аналогичны конденсаторам (прохождение через них постоянного тока вызывает непрерывно увеличивающееся падение напряжения), а вторые аналогичны сопротивлениям (прохождение через них постоянного тока вызывает постоянное по величине падение напряжения). Обычно используемые электроды по своим характеристикам занимают промежуточное положение между поляризующимися и неполяризующимися электродами. На рис.7. показаны два типа электродов, которые используются наиболее часто. Электроды первого типа представляют собой металлическую пластинку, покрытую серебром; по своим характеристикам они близки к поляризующимся электродам. Электроды второго типа представляют собой пластинку с гальваническим серебряным покрытием, на которое нанесен слой хлористого серебра (AgCl); по своим характеристикам они близки к неполяризующимся электродам.  Наилучшими параметрами обладают электроды, содержащие три части Ag и семь частей  AgCl.

Рисунок 7.

Рисунок 8

МЕТОДЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ.

На сегодняшний день из наиболее диагностически значимых неинвазивных ЭКГ методов обследования можно выделить следующие:
Анализ электрокардиограммы 12-ти общепринятых стандартных отведений. Повсеместно распространенное исследование, имеющее давние традиции.
Распространенность объясняется относительно невысокими запросами к регистрирующей аппаратуре и возможностью постановки диагнозов по внешнему виду графика и небольшому количеству измерений на нем. При кажущейся простоте анализа именно автоматизированная "расшифровка" 12-ти канальной ЭКГ представляет большие затруднения из-за проблем в формализации рассуждения кардиолога при постановке диагноза.
Анализ вариабельности ритма сердца (ВСР). Метод основан на выделении из ЭКГ сердечного ритма (R-R интервалов) и последующего его анализа во временной и частотной областях.
ЭКГ высокого разрешения. При регистрации используется одна из ортогональных схем отведений. Метод основан на цифровом усреднении ЭКГ сигнала. В результате получается один сердечный цикл с высоким отношением сигнал-шум. Проводя дальнейшую частотную фильтрацию и нормализацию, получают кривую пригодную для количественного анализа на предмет наличия в сердце зон повреждения по методу Симсона (Simpson). Альтернативный метод с более высокой чувствительностью - преобразование сигнала для анализа в частотно-временной области, например, на основе волнового преобразования (Wavelet transformation).
ЭКГ картирование. Синхронная многоканальная регистрация сердечных потенциалов. Визуализация карты распределения потенциалов по поверхности грудной клетки (поверхностное картирование). При решении обратной задачи (сердце - как электрический генератор, тело - как объемный проводник) возможно построение карты распределения потенциалов непосредственно по поверхности сердца (эпикардиальное картирование). При использовании дипольных моделей электрической активности сердечной ткани можно локализовать источники возбуждения в каждый момент времени.
Суточное мониторирование электрокардиограммы (Холтеровское мониторирование). Длительная (24-48 часов) регистрация на носимый накопитель 2-3 отведений ЭКГ с последующим анализом на центральной станции. В современных системах в роли последней практически повсеместно используется персональный компьютер. Обработка записи сводится к выявлению и классификации эктопических ритмов и комплексов, анализу ВСР, а также для анализа динамики изменений интервалов QT и ST.