Принцип работы электрокардиографа


Лабораторная работа №11

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФА. РЕГИСТРАЦИЯ ЭКГ И ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА

Цель занятия: Ознакомиться с устройством, принципом работы и методикой обращения с электрокардиографом, правилами техники безопасности, методикой регистрации биопотенциалов сердца и анализа ЭКГ.

 

Краткая теория

ВВЕДЕНИЕ

Функционирование клеток, органов и тканей организма свя­зано с изменением распределения в них электрических зарядов ­ионов различной природы. Наиболее ярко такая электрическая ак­тивность выражена у нервных и мышечных клеток. Поскольку такая деятельность вызывает изменение электрических полей и токов в окружающих тканях, то она может быть зарегистрирована при по­мощи электродов, приложенных к поверхности тела. В норме рас­пространение возбуждения, например в сердечной мышце, всегда происходит в определенном порядке. Если при заболевании (на­пример, при инфаркте миокарда) характер распространения во­збуждения в сердечной мышце изменяется, то изменяется и харак­тер регистрируемых на поверхности тела потенциалов. На этом и основывается возможность применения различных типов электрог­рафии для диагностики заболеваний. Понятно, что для точной ди­агностики надо знать как и какие особенности регистрируемой электрограммы связаны с конкретными процессами в соответствующем органе.


 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В КЛЕТКАХ И ОРГАНАХ

Появление биопотенциалов является следствием процессов, происходящих на полупроницаемых мембранах клеток живой ткани. Биопотенциалы возникают в результате различия концентраций не­органических ионов (главным образом калия, натрия, хлора) по обе стороны клеточной мембраны. При отсутствии возбуждения внутренняя поверхность клеточных мембран имеет постоянный от­рицательный потенциал по отношению к внешней. Этот потенциал, называемый "потенциалом покоя", достигает 60-80 мВ у нервных клеток, 80-90 мВ у волокон поперечнополосатых мьшц, 90-95 мВ у волокон сердечной мышцы.

При возбуждении ткани происходит кратковременное измене­ние потенциала мембраны, возникает так называемый "потенциал действия". Потенциал действия обусловлен скачкообразным изме­нением проницаемости мембраны, происходящим при возбуждении клетки. Распределение ионов по равные стороны мембраны при этом быстро изменяется. В дальнейшем исходные концентрации постепенно восстанавливаются. Пик потенциала действия имеет длительность в несколько миллисекунд (1-2 мс) у нервной клетки.

 


Принцип работы электрокардиографа

 

 

ПОНЯТИЕ ЭКВИВАЛЕНТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

ГЕНЕРАТОРА ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ

 

Каждая клетка, генерируя разность потенциалов на мембра­не, создает тем самым вокруг себя электрическое поле. Электри­ческое поле вокруг участка ткани или органа является суммой полей клеток, из которых состоят эта ткань или орган. В ре­зультате во всем теле, в том числе и на его поверхности, воз­никает некоторое распределение потенциалов.

Электрическую активность органа часто бывает удобнее изу­чать не на самом органе, а на его модели (теоретической или физической). Такая модель называется эквивалентным электричес­ким генератором этого органа.

Эквивалентный электрический генератор, как и любая модель, значительно проще оригинала, но в то же время он должен отражать основные (в данном случае — электрические) особеннос­ти структуры и функционирования моделируемого объекта. Поэтому при построении эквивалентного электрического генератора должны соблюдаться следующие принципы:

1. Анатомо-физиологическое соответствие органа и модели;

2. Потенциалы электрического поля эквивалентного генера­тора должны соответствовать потенциалам, реально регистрируе­мым в разных точках организма в норме;


3. При варьировании параметров эквивалентного генератора дoлжны происходить такие же изменения его поля, как и в реаль­ных тканях при соответствующем функциональном сдвиге органа.

 

ДИПОЛЬНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ ГЕНЕРАТОР

З. Токовый диполь

В организме сердце окружено другими органами и тканями, которые обладают некоторой электропроводностью. Поэтому, сог­ласно принципу анатомо-физиологического соответствия, эквива­лентный электрический генератор сердца следует считать расположенным в токопроводящей среде.

Будучи помещенным в токопроводящую среду, заряд становится источником тока (рис 5) и через окружающую унидиполь сферу произвольного радиуса r будет протекать выходящий из него ток I. Потенциал, создаваемый униполем как генератором тока, определяется по формуле

 

Принцип работы электрокардиографа (8)

где ρ – удельное сопротивление среды.

Из сравнения формул (8) и (3) видно, что для токового униполя существует такой же характер зависимости потенциала от расстояния, как и для токового заряда в диэлектрической среде

Принцип работы электрокардиографа

Это значит, что повторив рассуждения, проделанные нами при выводе формул (5)-(7), мы и для токового диполя получим формулы с аналогичными зависимостями от углов и расстояний. Однако, влияние сопротивления проводящей среды надо рассматривать отдельно.

Эквивалентная схема токового генератора во внешней проводящей среде представлена на рис.6. Здесь Rc — cопротивление внешней среды, R – внутреннее сопротивление токового генератора, Е – э.д.с. генератора, I – сила тока в цепи.

По закону Ома для полной цепи сила суммарного тока в среде равна силе тока в генераторе и вычисляется по формуле:


Принцип работы электрокардиографа

Так как сопротивление мембран, на которых фактически генерируется разность потенциалов, во много раз больше сопротивления межклеточной жидкости ( R>>Rc), то сопротивлением Rc можно пренебречь

Принцип работы электрокардиографа

Это значит, что сила тока в данной среде не зависит от сопротивления внешней среды, поэтому неоднородностями сопротивления окружающей среды можно пренебречь и считать, что оно расположено в однородной токопроводящей среде.

 

Принцип работы электрокардиографа

 

Треугольник Эйнштейна

Эйнштейн предложил при электрокардиографии для того чтобы судить об изменениях ЭВС измерять разность потенциалов между каждыми двумя их трех точек, представляющих равносторонний треугольник, построенный симметрично по отношению к сердцу человека. Центр треугольника должен совпадать с точкой приложения ЭВС ( рис.10). Точки А,В,С , однако не совсем удобны для наложения электродов, Поэтому на практике измерительные электрода накладывают не в точках А,В,С, а в эквипотенциальных им точках A` ,B`,C`на конечностях. Точке А` соответствует поверх­ность правой руки (электрод R),точке В` — поверхность левой ру­ки (электрод L), точке С` — поверхность левой ноги (электрод Р) (рис. 10,11).


Эквипотенциальные линии (линии одинакового потен­циала) поля сердца показаны на рис.11 пунктирными линиями. Цифры на линиях показывают относительные величины этих потен­циалов. Линия МN — направление электрической оси диполя вдоль анатомической оси сердца .

Отведения.

Каждая пара электродов, с помощью которых регистрируется разность потенциалов между соответствующими точками, называет­ся отведением. Существуют различные системы отведений. Они от­личаются местом положения точек, между которыми снимается разность потенциалов: грудные отведения, отведения от конечностей и т.д. Наиболее широко в клинической практике применяются от­ведения от конечностей.

Отведения, образуемые каждой парой из предложенных Эйнтховеном электродов, называются стандартными и обозначаются как I, II, III.

I отведение: правая рука — левая рука (RL),

II отведение: правая рука — левая нога (RF),

III отведение: левая рука — левая нога (LF) (рис. 12 а).

 

Для их получения электроды накладывают на верхние и нижние конечности. К правой ноге подключают электрод заземления.

 

 

 
  Принцип работы электрокардиографа

 

Если бы теория Эйнтховена абсолютно точно отражала элект­рическую деятельность сердца, то для полного описания ЭВС дос­таточно было бы зарегистрировать любые две из трех его проек­ций на стороны треутольника Эйнтховена (см. раздел 6.3). В действительности же точки регистрации не являются вершинами точно равностороннего треyrольника, начало ЭВС не лежит точно в его центре, сопротивление контакта электродов с поверхностью тела не является абсолютно одинаковым и т. д. Поэтому на прак­тике для более точного исследования сердечной деятельности регистрируют все три отведения, а также кроме стандартных (био­полярных) отведений используют еще и монополярные (однополюс­ные) отведения от конечностей, одна из равновидностей которых называется усиленными.

Усиленные однополюсные отведения состоят из стандартного электрода и точки усредненного потенциала. Эта точка образует­ся соединением между собой через одинаковые резисторы двух дрyгих стандартных электродов. Усиленные отведения обозначают­ся αVR, αVL, αVF (рис. 12 б,в,г).

Учитывая что некоторые особенности поведения ЭВС не всегда однозначно проявляют себя в его фронтальной проекции (например, при инфаркте миокарда), применяют и грудные однополюсные отведения, включающие в себя грудной электрод (С), накла­дываемый в определенные точки поверхности грудной клетки (обычно используют 6 точек).Точка усредненного потенциала об­разуется в этом случае соединением между собой через одинаковые резисторы трех стандартных электродов (рис.


д). Грудные отведения обозначаются V1, V2, V3, V4, V5, V6 (индекс обозна­чает точку на грудной клетке). Известны и другие отведения, однако они применяются значительно реже.

 

Принцип работы электрокардиографа Принцип работы электрокардиографа Принцип работы электрокардиографа

 

Принцип работы электрокардиографа

Рис. 12 Схемы электрокардиографических отведений.

А- стандартные, б, в, г- усиленные, д — грудные

 

 

РЕГИСТРАЦИЯ КАРДИОГРАММ

Прибор, производящий запись электрокардиограммы, называ­ется электрокардиографом. Существует много раэличных марок электрокардиографов, которые отличаются количеством каналов для записи, типом питания (батарейное, сетевое), видом запи­си (чернильно-перьевая, фотозапись, тепловая запись). Все ви­ды электрокардиографов имеют аналогичное устройство и состоят из трех основных блоков: 1 — входной блок, 2 — усилитель, 3 ­регистрирующее устройство (рис. 15, 16).

 


Принцип работы электрокардиографа

 

Принцип работы электрокардиографа

Биоэлектрические сигналы от наложенных на пациента элект­родов через ка6ель отведений и переключатель отведений (ПО) подаются на вход усилителя напряжения (УН). На этот же вход может подаваться и кали6ровочный сигнал (1 мВ) от источника кали6ровочного сигнала (ИКС). Усиленный сигнал с выхода усили­теля напряжения подается на вход усилителя мощности (УМ), пос­ле которого сигнал поступает на электромеханический прео6разо­ватель (ЭМП), осуществляющий прео6разование электрического сигнала в перемещение пера поперек 6умажной ленты. Сама бумаж­ная лента движется равномерно относительно пера с помощью лен­топротяжного механизма (ЛПМ) с постоянной скоростью 50 или 25 мм/сек, что и позволяет записать на ней изменение биопотенциа­лов с течением времени на соответствующем отведении. Для пи­тания усилителя биопотенциалов, электродвигателя лентопротяж­ного механизма и источника калибровочного сигнала в приборе имеется блок питания (БП).

Калибровочный сигнал (1 мВ) обычно записывают на ленту в виде кратковременных П — образных импульсов перед началом регис­трации ЭКГ, а затем используют для пересчета величины зубцов ЭКГ в милливольты.

Если в качестве регистрирующего устройства (блок 3) ис­пользуется осциллографическая электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), то прибор называется электрокардиоскопом, а электрокардиограм­ма получается в виде изображения на экране осциллографа. Для получения этого изображения на вертикально отклоняющие пласти­ны ЭЛТ подается регистрируемый сигнал, а на горизонтально отк­лоняющие пластины — напряжение развертки из6ражения.


Кардиоскоп может переключаться в режим регистрации векторэлектрокардиограммы (векторэлектрокардиоскоп — ВЭКС) . В этом случае на экране осциллографа получается изображение трёх петелъ BЭКГ. Для получения ВЭКГ на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ подается напряжение с первого отведения, а на вертикально отклоняющие — полусумма напряжений со второго и третьего отведений (то есть проекция ЭВС на вертикальную коор­динатную ось, отсутствующую в треугольнике Эйнтховена).

 

РАБОТА ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФОМ

ОБОРУДОВАНИЕ: Электрокардиограф.

ОПИСАНИЕ ПРИБОРА .

В лабораторной работе используется одноканальный электро­кардиограф ЭК1И-03 или ЭК1 Т-04 с тепловой записью.

На панели прибора имеются:

сетевой выключатель, индикатор включения питания, разъем для подключения кабеля отведений, переключатель отведений, регуля­тор смещения пера, кнопка контрольного милливольта: "1 мВ", кнопка переключателя скорости движения ленты, кнопка успокоения пера, переключатель чувствительности, кнопка включения лентопротяжного механизма.


Для снятия электрокардиограммы электроды накладываются на пациента по схеме стандартных отведений на внутренние поверх­ности предплечий и голени. Для лучшего контакта электрода с кожей между ними помещаются прокладки из марли, смоченные 1% -ным раствором поваренной соли в воде. Провода ка6еля отведе­ний соединяются с электродами в следующем порядке:

красный — к электроду на правой руке,

желтый — к электроду на левой руке,

зеленый — к электроду на левой ноге,

черный — к электроду на правой ноге,

белый — к грудному электроду.

ХОД РАБОТЫ:

1. Подготовка электрокардиографа к работе:

а) Заправьте электрокардиограф 6умажной лентой.

6)Установите:

выключатель сети в положение "ОТКЛЮЧЕНО";

переключатель отведений в положение "1 МВ";

переключатель чувствительности в положение "10 мм/МВ";

кнопку включения лентопротяжного механизма в положение

"ОТКЛЮЧЕНО" ;

кнопку успокоения в нижнее положение;

кнопку переключателя скорости движения ленты в положение "25 м/с".

в) Соедините электрокардиограф с заземляющим контуром (гнездо

заземления расположено на задней стенке электрокардиографа).

г) Включите электрокардиограф в сеть.

д) Наложите электроды на пациента и подключите провода ка6еля

отведений к электродам.

е) Подключите кабель отведений к разъему электрокардиографа.

2. Запись электрокардиограммы:

а) Установите перо на середину поля записи регулятором сме­щения

пера.

6) Кнопку успокоения установите в верхнее положение.

В) Включите запись, нажав кнопку включения лентопротяжного

механизма, и кратковременно нажимая кнопку "1 мВ" запишите

Принцип работы электрокардиографа несколько прямоугольных импульсов контрольного милливольта.

г) Запишите ЭКГ в трех стандартных отведениях, изменяя поло­жение

переключателя отведений. При переключении отведений в приборе

предусмотрено автоматическое успокоение.

ПРИМЕЧАНИЕ: если амплитуда ЭКГ в каком либо из отведений выходит за пределы поля записи или слишком мала, то следует изменить чувствительность, поставив переключатель чувствитель­ности соответственно в положение 5 или 20 мм/мВ и снова запи­сать калибровочные импульсы.

3. Анализ электрокардиограммы.а) К отчету по работе приклеить 2 цикла ЭКГ, записанной на одном из отведений и контрольный милливольт (рис. 20).

Принцип работы электрокардиографа

Рис. 20. Образец ЭКГ и контрольного милливольта.

 

б) Определение чувствительности электрокардиографа.

Измерьте в миллиметрах высоту h контрольного милливольта и рассчитайте чувствительность по формуле:

S(мм/мВ) = h( мм) / 1( мВ)

Чувствительность показывает на сколько миллиметров отклоняется перо электрокардиографа при потенциале 1 мВ. Результат запи­сать в таблицу 2.

в) Определение потенциала зубцов:

— измерьте в миллиметрах высоту Н зубцов ЭКГ: P,Q,R,S,T;

— по измеренной высоте зубцов Н и чувствительности S электрокардиографа вычислите разность потенциалов U, соответствую­щую каждому зубцу по формуле:

U(мВ = Н(мм) / S(мм/мВ

— результаты измерений вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2

Вид отведения:  
Чувствительность S(мм/мВ)  
Условное обозначение зубцов Н (мм) U(мВ)
Р    
Q    
R    
S    
N    

 

г) Определение длительности интервалов:

— измерьте расстояние L между соответствующими точками

элект­рокардиограммы для интервалов R-R, P-Q,Q-R-S, S-T,Q-T;

— вычислите длительность t временных интервалов ЭКГ по формуле

t = L/v,

где L — расстояние между соответствующими точками

электрокардиограммы,

v — скорость движения ленты;

Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 3.

 

Таблица 3

Вид отведения  
Скорость движения ленты (мм/с)  
Условные обозначения интервалов Норма t(c) L (мм) t(c)
P-Q      
Q-R-S      
S-T      
Q-T      
R-R      

 

 

д) Определение длительности сердечного цикла и частоты пульса.

3а длительность сердечного цикла, tсц (с), можно принять дли­тельность интервала R-R

Частота пульса пациента определяется по формулам:

f(имп/с) = 1 / tсц(с) и f(имп/мин) = f(Имп/с) * 60(с/мин)

е) Сравнить величины зубцов и длительности интервалов с их нормальными значениями и сделать выводы.

ПРИМЕЧАНИЕ

1. В медицинской практике могут использовать определение чувствительности по формуле S( мВ/мм) = 1( мВ) / h( мм), то есть отклонение пера на 1 мм по вертикали соответствует S мВ. Тогда потенциал зубца высотой Н вычисляется так :

U(мВ) = S(мВ/мм) * Н(мм)

2. При определении длительности интервалов, например при скорости движения ленты 25 мм/с из пропорции

25 мм — 1 с

1мм — Хс

находят Х = 1 мм * 1 с / 25 мм = 0,04 с. То есть сдвиг пера по горизонтали на 1 мм соответствует 0,04 секундам. Тогда дли­тельность интервала t вычисляется так

t = Х * L = 0,04 * 1 с

ЛИТЕРАТУРА

1.Ливенцев A.Н. Курс физики, т. 2, М.:ВШ,1978, глава 26.

2. Ремизов А.Е Медицинская и биологическая физика, М.:Дрофа, 2004,

глава 19.

3. Хитун В.А. Практикум по физике, М.:ВШ,1972, работа 26

4. Владимиров Ю.А., Росщуркин Д.И., Потапенко А.Я. Деев А.И,

Биофизика, М., Медицина, 1983, глава 9.

5. Горюнов А.В,,Чудиновских В.Р., Методическая разработка

"Лабораторные работы по электрокардиографии", Целиноград,1992г.

6. Эсаулова И.А. Руководство к лабораторным работам по меди­цинской

биологической физике, М.:ВШ, 1987, раб. 32.

7. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура, М., Медицина,

1981,глава 1,раздел1.

8. Белоусова В.Е. Математическая электрокардиография, Минск,

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОIIPОСЫ

1. Биопотенциалы и их типы.

1. Понятие эквивалентного электрического генератора органов и тканей.

2.Правило суперпозиции электрических полей.

3. Потенциал поля мультиполя.

4. Мультиполи нулевого, первого, второго порядков.

5. Электрический диполь, его основная характеристика.

6. Потенциал поля диполя в точке.

7. Равность потенциалов двух точек поля диполя.

8.Эквивалентная схема токового генератора.

9.Разновидности эквивалентных генераторов сердца.

10.Сущность теории Эйнтховена.

11.Электрический вектор сердца.

12.Как меняется ЭВС за сердечный цикл.

13. Связь между напряжением на сторонах равностороннего трегольника и проекцией вектора электрического момента ди­поля.

14.Треугольник Эйнтховена.

15. Что такое отведение. Стандартные отведения.

16. Что такое электрокардиография.

17. Что называется электрокардиограммой.

18. Основные компоненты ЭКГ.

19. Из каких блоков состоит электрокардиограф.

20. Что такое электрокардиоскоп и векторэлектрокардиоскоп.

21. Что такое контрольный милливольт, его назначение.

22. Что такое чувствительность электрокардиографа. Для чего и как она

определяется.

23. Как по кардиограмме определить равность потенциалов на отведении

в различные моменты сердечного цикла.

24.Каковы скорости движения ленты на электрокардиографе. Какое

влияние на электрокардиограмму будет оказывать ее измене­ние.

25.Как по электрокардиограмме определить длительность интерва­лов,

частоту пульса.

26. Методы регистрации биоэлектрической активности

(энцефалография, электромиография, электрокардиография …)

27. Структурная схема медицинских приборов, регистрирующих биопотенциалы. Виды регистрирующих устройств.

28. Особенности техники безопасности при работе с электрокардиографом.

 

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Согласно теории Эйнтховена сердце это:

A) точечный заряд, создающий вокруг себя электрическое поле;

B) мультиполь, находящийся в однородной проводящей среде;

C) диполь, находящийся в однородной проводящей среде;

D) квадруполь, находящийся в однородной проводящей среде;

E) октуполь, находящийся в однородной проводящей среде.

2. При увеличении в 2 раза расстояния от диполя до точки поля потенциал поля:

A) увеличивается в 2 раза;

B) уменьшается в 2 раза;

C) увеличивается в 4 раза;

D) уменьшается в 4 раза;

E) остается неизменным.

3.При увеличении в 2 раза расстояния от квадруполя до точки поля потенциал поля:

A) увеличивается в 2 раза;

B) уменьшается в 2 раза;

C) увеличивается в 4 раза;

D) уменьшается в 4 раза;

E) уменьшается в 8 раз.

4. Электрический вектор сердца – это:

A) вектор, являющийся касательной к силовым линиям электрического поля; создаваемого сердцем в однородной проводящей среде;

B) вектор электрического момента диполя;

C) вектор электрического момента мультиполя;

D) вектор, указывающий направление электрической оси сердца;

E) вектор, указывающий направление электрических силовых линий поля, создаваемого сердцем.

5. При увеличении величины зарядов диполя в 2 раза момент диполя:

A) увеличивается в 2 раза;

B) уменьшается в 2 раза;

C) увеличивается в 4 раза;

D) уменьшается в 4 раза;

E) не изменяется.

 

6. При увеличении плеча диполя в 2 раза момент диполя:

A) не изменяется;

B) увеличивается в 2 раза;

C) уменьшается в 2 раза;

D) увеличивается в 4 раза;

E) уменьшается в 4 раза.

 

7.Электрокардиография – это регистрация:

A) потенциалов тканей и органов с диагностической целью;

B) биоэлектрической активности мышц;

C) биоэлектрической активности головного мозга;

D) регистрация микросмещений тела, обусловленных сердечной деятельностью;

E) биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении.

8.Грудными называются отведения, образуемые:

A) электродами ПР – ЛН;

B) электродами ПР – ЛР;

C) грудным электродом и общей точкой трех основных электродов;

D) грудным электродом и каждым из основных электродов;

E) грудным электродом и землей.

9. Указать соотношение между электрическим вектором сердца (Р) и его проекцией на отведение (Р1):

 

A) Принцип работы электрокардиографа

B) Принцип работы электрокардиографа

C) Принцип работы электрокардиографа

D) Принцип работы электрокардиографа

E) Принцип работы электрокардиографа

 

10. Чувствительность электрокардиографа показывает:

A) на сколько миллиметров отклоняется перо электрокардиографа при потенциале, соответствующем зубцу R;

B) разность потенциалов, соответствующую зубцу R;

C) разность потенциалов, соответствующую зубцу Т;

D) на сколько миллиметров отклоняется перо электрокардиографа при

потенциале, соответствующем зубцу Р;

E) на сколько миллиметров отклоняется перо электрокардиографа при

потенциале 1мВ;

 

Лабораторная работа №11

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФА. РЕГИСТРАЦИЯ ЭКГ И ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА

Цель занятия: Ознакомиться с устройством, принципом работы и методикой обращения с электрокардиографом, правилами техники безопасности, методикой регистрации биопотенциалов сердца и анализа ЭКГ.

 

Краткая теория

ВВЕДЕНИЕ

Функционирование клеток, органов и тканей организма свя­зано с изменением распределения в них электрических зарядов ­ионов различной природы. Наиболее ярко такая электрическая ак­тивность выражена у нервных и мышечных клеток. Поскольку такая деятельность вызывает изменение электрических полей и токов в окружающих тканях, то она может быть зарегистрирована при по­мощи электродов, приложенных к поверхности тела. В норме рас­пространение возбуждения, например в сердечной мышце, всегда происходит в определенном порядке. Если при заболевании (на­пример, при инфаркте миокарда) характер распространения во­збуждения в сердечной мышце изменяется, то изменяется и харак­тер регистрируемых на поверхности тела потенциалов. На этом и основывается возможность применения различных типов электрог­рафии для диагностики заболеваний. Понятно, что для точной ди­агностики надо знать как и какие особенности регистрируемой электрограммы связаны с конкретными процессами в соответствующем органе.

 

Источник: cyberpedia.su

Лабораторная работа №
«Изучение работы электрокардиографа»

 

Приборы и принадлежности: электрокардиограф одно/трёхканальный ЭК1Т-1/3-07,велоэргометр.
Цель работы: Изучение принципа работы электрокардиографа, снятие электрокардиограмм и измерение их характеристик. Определение влияния физической нагрузки на показания при помощи велоэргометра.

 

Теория работы:

Электрокардиография (ЭКГ) – один из важнейших методов диагностики заболеваний сердца. Наличие электрических явлений в сокращающейся сердечной мышце впервые обнаружили два немецких ученых: Р. Келликер и И. Мюллер в 1856 году. Они провели исследования на различных животных, работая на открытом сердце. Однако возможность изучения электрических импульсов сердца отсутствовала до 1873 г., когда был сконструирован электрометр, прибор позволивший регистрировать электрические потенциалы. В результате совершенствования этого устройства появилась возможность записывать сигналы с поверхности тела, что позволило английскому физиологу А. Уоллеру впервые получить запись электрической активности миокарда человека. Он же впервые сформулировал основные положения электрофизиологических понятий ЭКГ, предположив, что сердце представляет собой диполь, т. е. совокупность двух электрических зарядов, равных по величине, но противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Уоллеру принадлежит и такое понятие, как электрическая ось сердца, о которой будет сказано ниже.

Но до практического использования регистрации электрических потенциалов сердца было еще далеко. Первым, кто вывел ЭКГ из стен лабораторий в широкую врачебную практику, был голландский физиолог, профессор Утрехтского университета Виллем Эйнтховен. После семи лет упорных трудов, на основе изобретенного Д. Швейггером струнного гальванометра, Эйнтховен создал первый электрокардиограф. В этом приборе электрический ток от электродов, расположенных на поверхности тела, проходил через кварцевую нить. Нить была расположена в поле электромагнита и вибрировала, когда проходящий по ней ток взаимодействовал с электромагнитным полем. Оптическая система фокусировала тень от нити на светочувствительный экран, на котором фиксировались ее отклонения. Первый электрокардиограф был весьма громоздким сооружением и весил около 270 кг. Его обслуживанием были заняты пять сотрудников. Тем не менее, результаты, полученные Эйтховеном, были революционными. Впервые в руках врача оказался прибор столь много говорящий о состоянии сердца. Эйтховен предложил располагать электроды на руках и ногах, что используется и по сегодняшний день. Он ввел понятие отведения, предложив три так называемых стандартных отведения от конечностей, т. е. измерение разницы потенциалов между левой и правой рукой (I отведение), между правой рукой и левой ногой (II отведение) и между левой рукой и левой ногой (III отведение). Заслуги Эйнтховена были оценены по достоинству и в 1924 г. ему была присуждена Нобелевская премия.

 

Однако, откуда же взялись остальные отведения ЭКГ, спросите Вы? Они появились постепенно, когда врачам стало понятно, что трех отведений Эйнтховена не хватает для точной оценки электрокардиограммы. В двадцатых годах прошедшего века, Гольдбергер предложил еще три отведения, назвав их усиленными. При регистрации этих отведений одним из электродов служит одна из конечностей, а другим – объединенный электрод от двух других (индифферентный электрод). Разница потенциалов, измеренная между правой рукой и объединенными левой рукой и левой ногой, называется отведением aVR, между левой рукой объединенными правой рукой и левой ногой – отведением aVL и между левой ногой и объединенными руками – отведением aVF.

В дальнейшем, Вильсоном были предложены грудные отведения ЭКГ, в которых одним из электродов является точка на поверхности грудной клетки, а другим – объединенный электрод от всех конечностей. Электрод отведения V1 располагается в IV межреберье по правому краю грудины, V2 – во IV межреберье по левому краю грудины, V3 – на уровне IV ребра по левой окологрудинной (парастернальной) линии, V4 – в V межреберье по левой среднеключичной линии, V5 – в V межреберье по левой передней подмышечной линии и V6 – в V межреберье по левой средней подмышечной линии.

Таким образом, сформировалась привычная для нас система электрокардиографических отведений. Однако иногда используются и дополнительные отведения, когда общепринятые отведения оказываются недостаточными. Необходимость в этом возникает, например, при аномальном расположении сердца, при регистрации некоторых нарушений сердечного ритма и т. п. В этом случае используются правые грудные отведения (симметричные по отношению к левым), высокие грудные отведения (расположенные на одно межреберье выше стандартных) и отведения V7-9, являющиеся как бы продолжением основных отведений. Для оценки электрической активности предсердий используют пищеводное отведение, когда один из электродов располагают в пищеводе. Кроме общепринятой системы отведений, используются также отведения по Небу, обозначаемые буквами D (dorsalis – спинальное), А (anterior – переднее) и I (inferior – нижнее). Другие системы отведений (Лиана, Франка) в современной клинической практике практически не используются.

Izuchenieelektrokardiogr1

ЭКГ регистрируют на различной скорости. Обычно скорость движения бумаги составляет 25 мм/сек. При этом 1 мм кривой равен 0, 04 сек. Иногда для более детальной записи используют скорость 50 и даже 100 мм/сек. При длительной регистрации ЭКГ для экономии бумаги используют меньшую скорость – от 2,5 до 10 мм/сек.

Что же врач видит на ЭКГ? Каждая клетка миокарда представляет собой маленький электрический генератор, который разряжается и заряжается при прохождении волны возбуждения. ЭКГ является отражением суммарной работы этих генераторов и показывает процессы распространения электрического импульса в сердце. В норме электрические импульсы автоматически генерируются в небольшой группе клеток, расположенных в предсердиях и называемых синоатриальным узлом (рис. 1). Поэтому нормальный ритм сердца называется синусовым. Когда электрический импульс, возникая в синусовом узле, проходит по предсердиям на электрокардиограмме появляется зубец P (см. рис. 2).

Izuchenieelektrokardiogr2

Дальше импульс через атриовентрикулярный (АВ) узел распространяется на желудочки по пучку Гиса. Клетки АВ-узла обладают более медленной скоростью проведения и поэтому между зубцом P и комплексом, отражающим возбуждение желудочков, имеется промежуток. Расстояние от начала зубца Р до начала зубца Q называется интервал PQ. Он отражает проведение между предсердиями и желудочками и в норме составляет 0,12-0,20 сек. Потом электрический импульс распространяется по проводящей системе сердца, состоящей из правой и левой ножек пучка Гиса и волокон Пуркинье, на ткани правого и левого желудочка. На ЭКГ это отражается несколькими отрицательными и положительными зубцами, которые называются комплексом QRS. В норме длительность его составляет до 0, 09 сек. Далее кривая вновь становится ровной, или как говорят врачи, находится на изолинии. Затем в сердце происходит процесс восстановления исходной электрической активности, называемый реполяризацией, что находит отражение на ЭКГ в виде зубца Т и иногда следующего за ним небольшого зубца U. Расстояние от начала зубца Q до конца зубца Т называется интервалом QT. Он отражает так называемую электрическую систолу желудочков. По нему врач может судить о продолжительности фазы возбуждения, сокращения и реполяризации желудочков.

 

ЭКГ является ценным диагностическим инструментом. По ней можно оценить источник (так называемый водитель) ритма, регулярность сердечных сокращений, их частоту. Все это имеет большое значение для диагностики различных аритмий. По продолжительности различных интервалов и зубцов ЭКГ можно судить об изменениях сердечной проводимости. Изменения конечной части желудочкового комплекса (интервал ST и зубец Т) позволяют врачу определить наличие или отсутствие ишемических изменений в сердце (нарушение кровоснабжения). При этом стоит помнить о том, что ЭКГ, снятая в покое, не всегда выявляет ишемические изменения в миокарде.

Важным показателем ЭКГ является амплитуда зубцов. Увеличение ее говорит о гипертрофии соответствующих отделов сердца, которая наблюдается при некоторых заболеваниях сердца и при гипертонической болезни.

ЭКГ, вне всякого сомнения, весьма мощный и доступный диагностический инструмент, однако стоит помнить о том, что и у этого метода есть слабые места. Одним из них является кратковременность записи – около 20 секунд. Даже если человек страдает, например, аритмией, в момент записи она может отсутствовать, кроме того запись, обычно производится в покое, а не во время привычной деятельности. Для того чтобы расширить диагностические возможности ЭКГ прибегают к длительной ее записи, так называемому мониторированию ЭКГ по Холтеру в течение 24-48 часов. Прибор для суточного мониторирования представляет собой маленький электронный модуль, размером чуть больше пачки сигарет, закрепляемый на поясе. С ним пациент может совершать практически все обычные действия. Мониторы ЭКГ первого поколения осуществляли запись на магнитофонную кассету. Современные приборы записывают ЭКГ на специальную дискету или в электронную память. Вследствие этого они потребляют меньше энергии, а качество записи улучшается. Запись осуществляется в двух отведениях. Во время мониторирования пациент ведет дневник, в котором отмечает свои действия и самочувствие. В случае возникновения симптомов заболевания, пациент может сделать отметку в записи, нажав кнопку на приборе. Далее запись ЭКГ анализируется с помощью специальной компьютерной программы, которая может автоматически диагностировать различные патологические изменения, определять максимальную и минимальную частоту сердечных сокращений и другие показатели. Кроме этого осуществляется визуальный контроль записи. Сопоставляя запись ЭКГ с дневником и отметками пациента, врач может получить ценную диагностическую информацию.

 

Иногда бывает необходимо оценить, возникают ли на ЭКГ у пациента изменения, характерные для ишемической болезни сердца. Для этого проводят ЭКГ-тест с физической нагрузкой. Для оценки переносимости (толерантности) и соответственно, функционального состояния сердца нагрузку осуществляют дозировано, с помощью велоэргометра или бегущей дорожки. Начинают с минимальной нагрузки, постепенно ступенчато повышая ее, увеличивая скорость и наклон дорожки или сопротивление велоэргометра. При этом регистрируют ЭКГ в 12 стандартных отведениях, правда электроды, обычно налагаемые на конечности размещают на теле пациента (см. рис. 3).

Izuchenieelektrokardiogr3Izuchenieelektrokardiogr4

Тест прекращается в следующих случаях: 1)общая усталость пациента , 2)сильное повышение или понижение артериального давления, 3) появление на ЭКГ изменений, связанных с ишемией миокарда, 4) появление на ЭКГ нарушений сердечного ритма и 5) достижение субмаксимальной частоты сердечных сокращений (субмаксимальная ЧСС=0,9•(220-возраст). Если при проведении пробы у больного появились ишемические изменения ЭКГ, то она считается положительной. Если эти изменения не появились по достижении субмаксимальной частоты – отрицательной. Если проба прекращена по другим причинам (усталость, повышение АД, появление аритмии), то она имеет мало значения для диагностики ИБС. Следует отметить, что проба может быть как ложноположительной, т. е. появятся ишемические изменения ЭКГ при отсутствии ИБС, так и ложноотрицательной, т. е. изменения ЭКГ не появятся, не смотря на наличие ИБС. По неизвестным причинам ложноположительные результаты чаще наблюдаются у женщин.
Подсчет ЧСС производится с помощью различных методик, выбор которых зависит от регулярности ритма сердца. При правильном ритме ЧСС определяют по формуле: ЧСС=60/R-R, где 60—число секунд в минуте, R—R — длительность интервала, выраженная в секундах. Гораздо удобнее определять ЧСС с помощью специальных таблиц, в которых каждому значению интервала R—R соответствует заранее вычисленное ЧСС, как показано в Таблица 1. При неправильном ритме ЭКГ в одном из отведении (наиболее часто во II стандартном отведении) записывается дольше, чем обычно, например в течение 3—4 с. Затем подсчитывают число комплексов QRS, зарегистрированных за 3 с, и полученный результат умножают на 20. При неправильном ритме можно ограничиться также определением минимальной и максимальной ЧСС. Минимальная ЧСС определяется по продолжительности наибольшего интервала R—R, а максимальная ЧСС — по наименьшему интервалу R—R. Расчет ЧСС производится по формуле: ЧСС=60/R-R, или по Таблица 1. У здорового человека в покое ЧСС составляет от 60 до 90 в минуту. Повышение ЧСС (более 90 в минуту) называют тахикардией, а урежение (менее 60 в минуту) — брадикардией. У детей ЧСС выше, например у новорожденного она составляет 120-140 уд. м., в возрасте 3-х лет около 105 уд. м., а в возрасте 12-ти лет 80 уд. м.

Нормальные значения длительности интервалов сердечного цикла, в зависимости от ЧСС, приведены в таблицах 2-4.

 

Таблица 1 зависимость ЧСС от длительности интервала R-R

Длительность интервала R—R, с ЧСС в мин. Длительность интервала R—R, с ЧСС в мин.
1,5 40 0,85 70
1,4 43 0,8 75
1,3 46 0,75 80
1,25 48 0,7 86
1,2 50 0,65 82
1,15 52 0,6 100
1,1 54 0,55 109
1,05 57 0,5 120
1 60 0,45 133
0,95 63 0,4 150
0,9 66 0,35 172

 

Таблица 2 минимальная и максимальная длительность интервала Q-T при различной ЧСС

ЧСС, уд/мин Длительность интервала Q-Т, с ЧСС, уд/мин Длительность интервала Q-T, с
40-41 0,42-0,51 66-67 0,33-0,40
42-44 0,41-0,50 68-69 0,33-0,39
45-46 0,40-0,48 70-71 0,32-0,39
47-48 0,39-0,47 72-75 0,32-0,38
49-51 0,38-0,46 76-79 0,31-0,37
52-53 0,37-0,45 80-83 0,30-0,36
54-55 0,37-0,44 84-88 0,30-0,35
56-58 0,36-0,43 89-90 0,29-0,34
59-61 0,35-0,42 91-94 0,28-0,34
62-63 0,34-0,41 95-97 0,28-0,33
64-65 0,34-0,40 98-100 0,27-0,33

 

Таблица 3 максимальная нормальная продолжительность интервала P-Q в зависимости от ЧСС

ЧСС, уд/мин 40 50 60 70 80
Продолжительность интервала 0,2 0,19 0,175 0,16 0,15
ЧСС, уд/мин 90 100 110 120 130—160
Продолжительность интервала 0,145 0,135 0,13 0,125 0,12

 

Как нам стало уже известно, что в основе электрокардиографии лежит теория Эйнтховена, в которой сердце рассматривается как токовый диполь. Так же известно, что в вакууме или в идеальном диэлектрике, электрический диполь – система, состоящая из двух равных по модулю и противоположных по знаку точечных зарядов, расположенных на некотором расстоянии l друг от друга (рис. 1). И в таком состоянии система может сохраняться сколь угодно долго. В проводящей среде под действием электрического поля диполя возникает движение свободных зарядов, и диполь либо экранируется, либо нейтрализуется. При подключении к диполю источника постоянного напряжения диполь в слабо проводящей среде сохраняется, несмотря на наличие тока. Такая двухполюсная система называется дипольным электрическим генератором или и токовым диполем, а её полюса – истоком и стоком тока.
Между дипольным электрическим генератором (токовым диполем) и электрическим диполем имеется аналогия, основанная на общей аналогии электрического поля в проводящей среде с электростатическим полем:

Izuchenieelektrokardiogr5• Линии тока в проводящей среде совпадают с линиями напряжённости электростатического поля при одинаковой форме электродов;
• Зависимости между соответствующими характеристиками полей в обоих случаях описываются аналогичными формулами.
Подобно дипольному моменту электрического диполя (рис. 1) вводится дипольный момент токового диполя:

Izuchenieelektrokardiogr6(1) , где l – расстояние между электродами; I – сила тока.

Аналогом формулы потенциала поля электрического диполя

Izuchenieelektrokardiogr7(2), где α – угол между вектором и линией, соединяющей диполь с исследуемой точкой (при r >> l), является формула потенциала поля токового диполя в безграничной среде Izuchenieelektrokardiogr8(3), где γ – удельная электрическая проводимость.

Izuchenieelektrokardiogr9

Если диполь находится в центре равностороннего треугольника (рис. 2), то напряжения на сторонах этого треугольника относятся как модули косинусов углов, образованных между вектором и соответствующими сторонами треугольника, т.е.

Izuchenieelektrokardiogr10(4)

Для токового диполя это выражение остаётся справедливым.
В электрическом отношении сердце можно рассматривать как токовый диполь. За время сердечного цикла изменяется положение диполя в пространстве и дипольный момент. В соответствии с теорией Эйнтховена сердце – диполь – расположено в центре равностороннего треугольника, вершины которого условно можно считать находящимися в правой руке, левой руке и левой ноге. Согласно формуле (4) измерение разности потенциалов между вершинами этого треугольника позволяет определить соотношение между проекциями дипольного момента сердца на стороны треугольника.
Изменение модуля и направления электрического дипольного момента сердца во времени можно отразить графически с помощью электрокардиограммы (ЭКГ). Чтобы снять ЭКГ, нужно зарегистрировать изменение во времени этой разности потенциалов. Разность потенциалов, регистрируемая между двумя точками на поверхности тела человека, в физиологии и медицине называется отведением. Существуют различные системы отведений. Они отличаются положением точек, между которыми снимается разность потенциалов: грудные отведения, отведения от конечностей и т.д. Наиболее широко в клинической практике применяют отведения от конечностей (рис. 3).

Izuchenieelektrokardiogr11 Izuchenieelektrokardiogr12

Отведения I, II, III называются стандартными. Для их получения электроды накладывают на верхние и нижние конечности. К правой ноге подключают провод заземления. Отведения с использованием дополнительного грудного электрода называются грудными. Они используются для получения дополнительной диагностической информации.
Нормальная ЭКГ за цикл работы сердца в отведении I изображена на рис. 4. Зубцы ЭКГ условно обозначают буквами латинского алфавита P, Q, R, S, T. Основные характеристики ЭКГ – форма и высота зубцов, длительность интервалов. В таблице 4 приведены значения характеристик ЭКГ в норме.

 

Таблица 4

Izuchenieelektrokardiogr13

При патологических нарушениях в сердце происходит изменение этих характеристик, что позволяет использовать ЭКГ для диагностики заболеваний сердца.
Зная высоту зубцов ЭКГ, можно определить углы. Образованные вектором дипольного момента сердца с линиями отведений. Обычно определяют угол α, образованный диполем с линией I отведения.
Из формулы (4) следует Izuchenieelektrokardiogr14(5).

Принято считать, что линия АВ (рис. 2) соответствует отведению I, АС – отведению II, ВС – отведению III. ТогдаIzuchenieelektrokardiogr15.

Следовательно, в соответствие с формулой (5) и используя соотношения углов

Izuchenieelektrokardiogr16,

получаем

Izuchenieelektrokardiogr17(6), где — высота зубца R ЭКГ соответственно в отведениях I, II, III.

В момент времени, когда дипольный момент сердца принимает максимальное значение (зубец R на ЭКГ), направление дипольного момента (электрическая ось сердца) совпадает с его анатомической осью. На основании этого, используя электрокардиограмму, можно определить положение анатомической оси сердца.
Прибор, производящий запись ЭКГ, называется электрокардиографом. Существует много различных марок электрокардиографов, которые отличаются количеством каналов для записи, типом питания (батарейное, сетевое), видом записи (чернильно-перьевая, фотозапись, тепловая запись).

 

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с краткой теорией работы.
2. Изучить технические характеристики, устройство и принцип работы электрокардиографа «Аксион» (по руководству по эксплуатации раздел I). Выделить основные блоки прибора и их назначения, найти на панели органы управления и индикаторы.
3. Подготовить прибор к использованию (руководство по эксплуатации, раздел II, пункты 2.1 и 2.2).
4. Детально ознакомиться с порядком выполнения измерений в автоматическом и ручном режимах (руководство по эксплуатации, раздел II, пункты 2.3.1-7 и 2.4).
5. Произвести тренировочную запись электрокардиограммы во всех режимах фильтрации. Выбрать наиболее лучший режим для дальнейшего исследования.
6. Произвести запись электрокардиограммы.
7. Произвести контрольные исследования для каждого отведения, записав ЭКГ в трёх стандартных отведениях.
7.1. Результаты измерений и расчётов занести в таблицу 5. Расчёт разности потенциалов производится по формуле Izuchenieelektrokardiogr18.

 

Таблица 5

Izuchenieelektrokardiogr19

Пользуясь данными этой таблицы, определить угол α по формуле (6).
7.3. Для отведения I вычислить длительности t временных интервалов ЭКГ по формуле Izuchenieelektrokardiogr20, где l – расстояние между соответствующими точками ЭКГ (рис. 4); — скорость движения ленты.
7.4. Результаты измерений и расчётов занести в таблицу 6.

 

Таблица 6

Izuchenieelektrokardiogr21

Найти частоту пульса пациента.
8. Снять пробную кардиограмму для всех отведений(стандартные+грудные).
9. Ознакомиться с велоэргометром по инструкции.
10. Осуществить нагрузку подопытному следующую: в течении 3 минут на нагрузке в 200Вт заставить вращать педали не менее 20 оборотов в минуту.
11. После этого не давая отдохнуть подключить его к стандартным отведениям и снять электрокардиограмму. В первые 10 минут кардиограмму снимать с интервалом в 3-4 минуты последующие с интервалом в 5-8 минут до полного успокоения (смотреть по ЧСС из первой кардиограммы сделанной в спокойном состоянии) .
12. Рассчитать какое количество энергии было затрачено во время работы на велоэргометре.
13. По кардиограмме определить какое время понадобилось подопытному для успокоения (за спокойную принять первую электрокардиограмму в спокойном состоянии).
14. Изучить влияния возможных помех на ЭКГ.
15. Как влияет нагрузка на работу сердца.
16. Сделать выводы о проделанной работе и о влиянии нагрузки на работу сердца.

Источник: u4isna5.ru


Добавить комментарий

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

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.