1. ВВЕДЕНИЕ

Современная функциональная диагностика располагает самыми различными инструментальными методами исследования. Некоторые из них доступны только узкому кругу специалистов. Самым распространенным и доступным методом исследования является электрокардиография, используемая в основном в кардиологии. Однако она с успехом применяется и при исследовании больных с заболеваниями легких, почек, печени, эндокринных желез, системы крови, а также в педиатрии, гериатрии, онкологии, спортивной медицине и т. д.
Ежегодно производят десятки миллионов электрокардиографических исследований. Этот метод в настоящее время стал достоянием широкого круга врачей – не только специалистов, занимающихся функциональной диагностикой, но и кардиологов, терапевтов, педиатров, спортивных врачей, физиологов и т. д.

Медицинскую практику можно представить как многоэтапный многократно повторяющийся лечебно-диагностический процесс, целью которого является выявление симптомов заболевания и устранение их причин. Одним из важных моментов этапа сбора данных о состоянии здоровья пациента является снятие и анализ электрокардиограммы (ЭКГ). Существует большая гамма приборов для снятия, а в ряде приборов и анализа, ЭКГ. Следует отметить, что особенно эффективное использование медицинской аппаратуры на современном этапе стало возможно благодаря появлению микрокомпьютеров, поскольку приборы на основе микро-ЭВМ способны производить сложную математическую обработку данных.
Кроме того, такие приборы позволяют представить большой объём информации различной степени сложности в ясной и доступной для медицинского персонала форме, что является непременным условием для быстрого принятия необходимых решений.

1.1 ОПИСАНИЕ ПЛАНА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СНЯТИЯ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ

Основным инструментом исследования динамики развития сердечно- сосудистых заболеваний является электрокардиограф, так как он позволяет изучать сердечную деятельность пациента в любых условиях без проникновения непосредственно в область сердца, т.е. неинвазивным путём.

При помощи электрокардиографа можно: определить частоту сердечных сокращений и таким образом,

своевременно выявлять любые нарушения ритма сердца; обнаруживать нарушения электрической проводимости сердца

(типичная диагностика), которые могут приводить к снижению его

насосной функции и даже к ее полному прекращению; выявлять дефекты или повреждения в сердечной мышце,

вызванные хроническим или острым заболеванием.

Принципы действия электрокардиографа состоят в регистрации электрических сигналов, возникающих при сокращении сердечной мышцы, причём величина этих сигналов характеризует электрическую активность сердца.

Для измерения сигналов используют, как минимум, два электрода, которые располагают на поверхности тела пациента.

Нормально работающее сердце генерирует электрические импульсы, создающие электрическое поле. Математически это поле может быть представлено в виде вектора определенной величины и направления. Векторное представление электрических потенциалов сердца впервые было разработано известным датским физиологом Эйнтховеном: измеряя разности потенциалов между руками и между каждой рукой и левой ногой (т.е. вдоль каждой из сторон треугольника Эйнтховена), можно определить величину и направление вектора электрического поля сердца.

Разности потенциалов между вершинами равностороннего треугольника называют стандартными передними отведениями и обычно обозначают римскими цифрами I, II, Ш. Усиленные униполярные отведения позволяют измерять разности потенциалов между одной из вершин треугольника и средними значениями потенциалов на двух других вершинах. В случае отведений I, II, Ш изучается изменение вектора электрического поля сердца во фронтальной плоскости; в случае шести дополнительных отведении, называемых грудными, изучаются изменения вектора электрического поля сердца в поперечной плоскости.

Опытному терапевту для диагностирования любой сердечной патологии, как правило, достаточно стандартной 12-канальной записи ЭКГ, т.е. шести грудных, трёх усиленных униполярных (aVR, aVF, aVL) и трёх стандартных (I,
II, Ш) отведений.

Нормальная электрокардиограмма (ЭКГ):

Зубец Р характеризует охват возбуждением мускулатуры предсердий.
Начальная часть зубца Р соответствует возбуждению правого предсердия, затем следует возбуждение левого предсердия. Процесс реполяризации предсердий не находит отображения на ЭКГ, так как он наслаивается по времени на процесс деполяризации желудочков (комплекс QRS) К концу зубца Р предсердия максимально возбуждены, и начинается распространение волны возбуждения по
АВ-узлу и пучку Гиса. Зубец Q свидетельствует о возбуждении межжелудочковой перегородки, которое быстро распространяется по волокнам Пуркинье на желудочки сердца Конечная часть комплекса QRS соответствует полной деполяризации желудочков. Охват желудочков возбуждением предшествует их механическому сокращению. Сегмент ST определяется от конца зубца S и в норме изоэлектричен Зубец Т отражает процесс быстрой реполяризации желудочков. Значение зубца U неясно.

Таблица 1. Обозначения элементов нормальной ЭКГ.

|предсердия |желудочки |
|Зубец Р| |компл|Сегм|Зубец Т |Зубец U |
| | |екс |ент | | |
| | |QRS |ST | | |

|Интервал PQ|Интервал QT | |

Р-зубец соответствует сокращению предсердий, вызванному электрическим импульсом, который возникает в синоатриальном узле и по проводящей системе сердца достигает предсердий; P-R - интервал соответствует возбуждению атриовентрикулярного узла, a QRS - комплекс - сокращению желудочков; Т- зубец соответствует фазе восстановления желудочков. С помощью ЭКГ могут быть установлены различные нарушения в проводящей системе сердца, а, следовательно, и их причины.

1.2 ВИЗУАЛИЗАЦИЯ И РЕГИСТРАЦИЯ ИНФОРМАЦИИ

Одним из наиболее распространенных средств записи информации являются самописцы, снабженные специальными перьями, наполненными чернилами. При движении перо оставляет чернильный след на градуированной бумажной ленте. В некоторых самописцах используются перья с подогревом: такое перо, соприкасаясь с термочувствительной бумагой, также оставляет на ней след.
Другим часто используемым средством визуализации является электронно- лучевая трубка (ЭЛТ). В этом случае форма ЭКГ - сигнала высвечивается на экране дисплея. В приборе такого типа предусмотрена электронная память в сочетании с цифровыми и аналоговыми схемами для запоминания и воспроизведения полного сигнала.

В некоторых воспроизводящих устройствах в качестве индикатора сердечных сокращений или сигнализатора тревоги применяется звук. При выборе устройств со звуковой сигнализацией следует учитывать такие факторы, как степень воздействия звукового сигнала на больных и возможность спутать данный сигнал с другими звуковыми сигналами, поступающими на пост медицинской сестры.

Стетоиндикаторы, используемые для воспроизведения информации о состоянии больного, должны быть легко различимыми и не должны размещаться слишком близко друг к другу. С появлением компьютеров, обладающих большими вычислительными возможностями и имеющих сравнительно низкую стоимость, в медицине появились компьютерные системы 4-го

поколения, в которых широко применяется сложная математическая

обработка измеренных физиологических параметров. Это в первую

очередь относится к области электрокардиографии, где начали широко

использоваться многоканальные диагностические системы, обеспечивающие: измерение биоэлектрических потенциалов в большом числе точек на поверхности грудной клетки пациента, вычислительную обработку результатов измерения с использованием различных математических моделей, представление окончательных результатов вычислений на экране монитора
ЭВМ в виде топографических карт с привязкой к анатомическим ориентирам.
Такой способ отображения, получивший название «картирование» или «мапинг», позволяет обеспечить более надежную и точную диагностику по сравнению с традиционной электрокардиографией.

В последние годы за рубежом появилось большое количество подобных систем. В области электрокардиографии - система ИРМ-7100 фирмы FUKUDA
DENSHI (Япония) и система CARDIAC -112.2 фирмы 2РА (Чехия). Эти системы выполнены в виде стационарных устройств, причем исследуемый пациент связан с ними множеством проводов. Вместе с тем существует настоятельная необходимость изучать организм пациента при различных видах деятельности, а также при физических нагрузках. Учитывая эти обстоятельства, в настоящее время разрабатываются диагностические многоканальные электрокардиографические системы с телеметрическим каналом связи.

На базе этого комплекса можно будет создавать системы, аналогичные по своим параметрам системам SPECTRUM-32 и CARDIAG-112.2, но предназначенные для исследования физиологических характеристик пациента, не соединенного проводами с измерительной аппаратурой.

С этой целью вся система выполняется из двух частей, а именно, измерительно-передающего блока (ИПБ) с массой не более 0,7кг, удобно закрепляемая на пациенте, и приемно-регистрирующего комплекса (ПРК). Связь между ИПБ и ПРК осуществляется беспроводным (телеметрическим) способом посредством передачи электромагнитных сигналов.

В основу работы комплекса положен метод МУЛЬТЭКАРТО, который состоит в том, что с помощью оптимальной системы отведений, состоящей, например, из
48 электродов, располагаемых равномерной сеткой на поверхности грудной клетки пациента по схеме, учитывающей симметрию тела и анатомические ориентиры, синхронно измеряют электрические потенциалы, генерируемые сердцем. По результатам измерения электрических потенциалов, решают обратную электродинамическую задачу и определяют эпикардиальное распределение потенциала, а затем, на основе тонкостенной модели желудочков сердца как электрического генератора, определяют распределение на поверхности сердца основных электрофизиологических состояний стенки желудочков в процессе возбуждения и рассчитывают основные электрофизиологические характеристики: время прихода деполяризации, длительность активации, длительность реполяризации и др.

Существует также метод непрерывной записи ЭКГ на магнитную ленту в течение длительного периода времени (сутки и более) Продолжительная запись
ЭКГ осуществляется с помощью портативного электрокардиографа или карманного кассетного магнитофона, питающегося от батареек.
Портативный электрокардиограф для длительной записи ЭКГ на магнитную ленту по заданной программе (фирмы «Cardiodyne», США).

Скорость движения ленты в магнитофоне 2,4 см/с, что и позволяет производить длительную регистрацию ЭКГ. Магнитофон может работать по заранее заданной программе, периодически включаясь на короткий период через определенный промежуток времени. Например, прибор может записывать ЭКГ в течение 14 с, автоматически включаясь через каждые полчаса. Длительность регистрации ЭКГ и интервалы между записями определяются врачом и осуществляются с помощью переключателя программ. Кроме того, больной может сам начать запись в любой момент времени, нажав соответствующую кнопку. Это дает ему возможность зарегистрировать ЭКГ во время появления приступа стенокардии, нарушений ритма, одышки, головокружений, обморочного состояния и т. д. Одновременно у исследуемого имеется возможность устно записать свои ощущения в этот или любой другой период времени. Особенно удобен кассетный регистратор при преходящих мимолетных изменениях самочувствия больного, вероятность возникновения которых при пребывании больного на приеме у врача или во время обычной регистрации ЭКГ в больнице чрезвычайно мала. Устные комментарии больного дают возможность проводить корреляцию субъективных симптомов с изменениями ЭКГ.

Один из аппаратов — кардиокассета фирмы «Cardiodyne» (США) —может быть запрограммирован на автоматическое включение в периоды 3, 5, 7, 14 или 28 с с интервалами между включениями 15, 30, 60, 120 мин. Прибор может работать непрерывно по заданной программе в течение недели или больше. Его можно носить в кожаном футляре, перекидывая на ремне через плечо или прикрепляя к поясу. Электроды фиксируются с помощью липкого пластыря.

При записи ЭКГ применяют в большинстве случаев двухполюсные отведения, причем активным является красный электрод, индифферентным — белый, а зеленый служит заземлением. Для выявления нарушений коронарного кровообращения красный электрод помещают в пятом межреберье слева по среднеключичной или передней подмышечной линии, белый — над рукояткой грудины или под ключицей справа и зеленый — над V или VI ребром справа по среднеключичной линии. Получают видоизмененное отведение V4. Для диагностики аритмий лучше помещать красный электрод на нижнюю часть грудины вблизи от мечевидного отростка, белый — над рукояткой грудины, зеленый — над V ребром по среднеключичной линии. Это видоизменное отведение V1. При таком расположении электродов лучше выявляется зубец Р.

Записанную па магнитную ленту ЭКГ в последующем воспроизводят с помощью обычного электрокардиографа и подвергают тщательному анализу. Можно воспроизвести ее на экране любого осциллоскопа, например векторэлектрокардиоскопа. При обнаружении на осциллоскопе патологических изменении ЭКГ их можно зарегистрировать на обычном электрокардиографе.
Кроме того, обработка магнитной ленты может быть произведена с помощью ЭВМ с подробным анализом ее. При анализе ЭКГ врач может быстро определить, связаны ли жалобы больных с нарушениями сердечной деятельности и каков характер этих нарушений.

Запись ЭКГ с помощью портативного электрокардиографа позволяет проводить длительную амбулаторную регистрацию ЭКГ во время обычной деятельности больного: физической нагрузки, профессиональной деятельности, отдыха, сна, во время занятий спортом и т. д.

Запись ЭКГ на магнитную ленту с помощью портативного магнитофона можно рекомендовать для регистрации преходящих нарушений ритма и проводимости, для оценки применяемой противоаритмической терапии, для диагностики и оценки нарушений ритма и проводимости у больных острым инфарктом миокарда и влияния на них антиаритмических средств. Кроме того, ее можно использовать при постоянных формах нарушения ритма для оценки влияния на них различных бытовых и профессиональных факторов, имеющихся в повседневной жизни больного. Иногда такая методика записи ЭКГ применяется при проведении пробы с физической нагрузкой. Длительная регистрация ЭКГ помогает также в выявлении скрытой коронарной недостаточности, а также факторов, вызывающих ухудшение ЭКГ во время обычной повседневной жизни больного, у больных с заведомо имеющейся ишемической болезнью сердца.

Непрерывное длительное наблюдение ЭКГ с помощью мониторов. Современные мониторы предоставляют возможность длительного наблюдения за ЭКГ на экране осциллоскопа. Для регистрации ЭКГ используют при этом различные отведения: стандартные, грудные, отведения по Небу и т. д. Длительное электрокардиографическое наблюдение (в течение нескольких часов или дней) в основном используется для диагностики различных нарушений ритма и проводимости. При появлении на экране осциллоскопа аритмии ее можно зарегистрировать с помощью электрокардиографа. Большинство современных мониторных установок имеет специальное сигнальное устройство — сигнал тревоги, которое автоматически включается (свет или звук) при появлении аритмии, значительном замедлении или учащении ритма. В некоторых аппаратах одновременно автоматически производится запись ЭКГ.

Мониторное электрокардиографическое наблюдение наиболее часто используют при остром инфаркте миокарда. Его проводят обычно в отделениях или палатах интенсивной терапии в первые дни после возникновения инфаркта, при наличии преходящих нарушений ритма и проводимости, которые требуют срочных терапевтических мероприятий, а также для уточнения диагноза аритмии. Кроме того, его используют иногда при проведении массивной противоаритмической или сердечной терапии, а также при применении отдельных диагностических процедур, которые могут приводить к возникновению аритмий
(например, проба с физической нагрузкой, зондирование сердца, ангиокардиография и т. д.). Нередко ЭКГ записывают на магнитную ленту, что позволяет вводить и анализировать ЭКГ с помощью ЭВМ.

Современная медицина базируется на широком использовании разнообразной аппаратуры, которая в большинстве своем является физической по конструкции.
Поэтому в курсе медицинской и биологической физике рассматриваются устройство и принципы работы основной медицинской аппаратуры.

2. БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ

2.1 МЕМБРАННАЯ ТЕОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ БИОПОТЕНЦИАЛОВ

В основе возникновения электрических явлений в сердце лежит, как известно, проникновение ионов калия (К+), натрия (Na+), кальция (Са 2+), хлора (СГ) и др. через мембрану мышечной клетки. В электрохимическом отношении клеточная мембрана представляет собой оболочку, обладающую разной проницаемостью для различных ионов. Она как бы разделяет два раствора электролитов, существенно отличающихся по своему составу. Внутри клетки, находящейся в невозбужденном состоянии, концентрация К+ в 30 раз выше, чем во внеклеточной жидкости. Наоборот, во внеклеточной среде примерно в 20 раз выше концентрация Na+, в 13 раз выше концентрация СГ и в 25 раз выше концентрация Са2+ по сравнению с внутриклеточной средой. Такие высокие градиенты концентрации ионов по обе стороны мембраны поддерживаются благодаря функционированию в ней ионных насосов, с помощью которых ионы Na,
Ca и Сl выводятся из клетки, а ионы К входят внутрь клетки. Этот процесс осуществляется против концентрационных градиентов этих ионов и требует затраты энергии.

А Б

Клетка миокарда в покое (А) и во время деполяризации (Б).

В невозбужденной клетке мембрана более проницаема для К+ и СГ. Поэтому ионы К+ в силу концентрационного градиента стремятся выйти из клетки, перенося свой положительный заряд во внеклеточную среду. Ионы СГ, наоборот, входят внутрь клетки, увеличивая тем самым отрицательный заряд внутриклеточной жидкости. Это перемещение ионов и приводит к поляризации клеточной мембраны невозбужденной клетки: наружная ее поверхность становится положительной, а внутренняя - отрицательной. Возникающая таким образом на мембране разность потенциалов препятствует дальнейшему перемещению ионов (К - из клетки и С1 - в клетку), и наступает стабильное состояние поляризации мембраны клеток сократительного миокарда в период диастолы. Если мы теперь с помощью микроэлектродов измерим разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью клеточной мембраны, то зарегистрируем так называемый трансмембранный потенциал покоя (ТМПП), имеющий отрицательную величину, в норме составляющую около - 90 mV.

При возбуждении клетки резко изменяется проницаемость ее стенки по отношению к ионам различных типов. Это приводит к изменению ионных потоков через клеточную мембрану и, следовательно, к изменению величины самого
ТМПП. Кривая изменения трансмембранного потенциала во время возбуждения получила название трансмембранного потенциала действия (ТМПД). Различают несколько фаз ТМПД миокардинальной клетки (рисунок 1).

Фаза 0. Во время этой начальной фазы возбуждения - фазы деполяризации
- резко увеличивается проницаемость мембраны клетки для ионов Na, которые быстро устремляются внутрь клетки (быстрый натриевый ток). При этом, естественно, меняется заряд мембраны: внутренняя поверхность мембраны становится положительной, а наружная - отрицательной. Величина ТМПД изменяется от -90 mV до +20 mV, т.е. происходит реверсия заряда - перезарядка мембраны. Продолжительность этой фазы не превышает 10 мс.

Фаза 1. (фаза начальной быстрой реполяризации) Как только величина
ТМПД достигает примерно +20 mV, проницаемость мембраны для Na+ уменьшается, а для СГ. Это приводит к возникновению небольшого тока отрицательных ионов
С1 внутри клетки, которые частично нейтрализуют избыток положительных ионов
Na внутри клетки, что ведет к некоторому падению ТМПД примерно до 0 или ниже.

Рисунок 1. Трансмембранный потенциал действия (ТМПД). АРП и ОРП - абсолютный и относительный рефракторный периоды.

Фаза 2. (фаза плато) В течение этой фазы величина ТМПД поддерживается примерно на одном уровне, что приводит к формированию на кривой ТМПД своеобразного плато. Постоянный уровень величины ТМПД поддерживается при этом за счет медленного входящего тока Са2+ и Na+ направленного внутрь клетки, и тока К+ из клетки. Продолжительность этой фазы велика и составляет около 200 мс. В течение фазы 2 мышечная клетка остается в возбужденном состоянии, начало ее характеризуется деполяризацией, окончание
- реполяризацией мембраны.

Фаза 3. (конечной быстрой реполяризации) К началу фазы 3 резко уменьшается проницаемость клеточной мембраны для Na+ и Са2+ и значительно возрастает проницаемость ее для К+. Поэтому вновь начинает преобладать перемещение ионов К наружу из клетки, что приводит к восстановлению прежней поляризации клеточной мембраны, имевшей место в состоянии покоя: наружная ее поверхность вновь оказывается заряженной положительно, а внутренняя поверхность - отрицательно. ТМПД достигает величины ТМПП.

Фаза 4. (фаза диастолы) Во время этой фазы ТМПД происходит восстановление исходной концентрации К+, Na+, Ca2+, СГ соответственно внутри и вне клетки благодаря действию «Na+ - K+ -насоса». При этом уровень
ТМПД мышечных клеток остается на уровне примерно - 90 mV.

Клетки проводящей системы сердца и клетки синусового узла обладают способностью к спонтанному медленному увеличению ТМПП - уменьшению отрицательного заряда внутренней поверхности мембраны во время фазы 4. Этот процесс получил название спонтанной диастолической деполяризации и лежит в основе автоматической активности клеток синоатриального (синусового) узла и проводящей системы сердца, т. е. способности к «самопроизвольному» зарождению в них электрического импульса.

Наружная поверхность клеточной мембраны заряжена: положительно - в невозбужденной мышечной клетке, находящейся

в состоянии покоя; отрицательно - в клетке, находящейся в состоянии возбуждения в

фазе 0 и 1 ТМПД (деполяризация и ранняя быстрая реполяризация); положительно - в клетке, восстанавливающей свой исходный

потенциал (реполяризация клетки).

2.2 ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ СЕРДЦА

Сердце обладает рядом функций, определяющих особенности его работы.

1) Функция автоматизма

Функция автоматизма заключается в способности сердца вырабатывать электрические импульсы при отсутствии внешних раздражений.

Функцией автоматизма обладают клетки синоатриального узла (СА-узла) и проводящей системы сердца: атриовентрикулярного соединения (АВ-соединения), проводящей системы предсердий и желудочков. Они получили название клеток водителей /пейсмекеров (от англ., pacemaker— водитель). Сократительный миокард лишен функции автоматизма.

Если в норме ТМПД сократительных мышечных клеток в течение всей диастолической фазы (фазы 4 ТМПД) стабильно поддерживается на одном и том же уровне, равном примерно-90 mV, то для волокон водителей

ритма (пейсмекеров) характерно медленное спонтанное уменьшение

мембранного потенциала в диастолу, как это показано на рисунке 2. Этот

процесс носит название медленной спонтанной диастолической деполяризации и возникает в результате особых свойств мембраны пейсмекеров - постепенного самопроизвольного увеличения в диастолу проницаемости мембраны для ионов Na, медленно входящих в клетку. В результате скопления в клетке все большего количества положительных ионов отрицательный заряд внутренней поверхности клеточной мембраны частично нейтрализуется, и разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью мембраны (ТМПП) постепенно уменьшается. Как только
ТМПП достигнет критического уровня (примерно 60 mV)9 проницаемость мембраны для ионов Na резко и быстро возрастает, что приводит к возникновению быстрой лавинообразной деполяризации клетки (фаза О ТМПД) - ее возбуждению, которая является импульсом к возбуждению других клеток миокарда. Критический потенциал покоя

Рисунок 2. Спонтанная диастолическая деполяризация волокон водителей ритма
- пейсмекеров. а) - ТМПД мышечных клеток; б) - ТМПЛ клеток пейсмекеров.

Понятно, что чем выше скорость спонтанной диастолической деполяризации, тем чаще в клетках водителя ритма возникают электрические импульсы. В норме максимальной скоростью диастолической деполяризации и максимальной автоматической активностью обладают клетки СА-узла, который вырабатывает электрические импульсы с частотой около 60 -80 в минуту. Это центр автоматизма первого порядка.

Функцией автоматизма обладают некоторые участки в предсердиях и АВ- соединение зона перехода атриовентрикулярного узла (АВ-узла) в пучок Гиса
(по международной анатомической номенклатуре - предсердно-желудочковый пучок)

Эти участки проводящей системы сердца, являющиеся центрами автоматизма второго порядка, могут продуцировать электрические импульсы с частотой 40-
60 в минуту. Следует подчеркнуть, что сам АВ-узел, также входящий в состав
АВ-соединения, не обладает функцией автоматизма.

Межпредсердный пучок (Бахмана)
Левая передняя ветвь пучка Гиса

Правая ножка пучка Гиса левая задняя ветвь пучка Гиса

АВ-узел

Межузловые проводящие тракты (Бахмана Венкебаха, Тореля)

АВ-соединение

Правая ножка пучка Гиса

Рисунок 3. Проводящая система сердца

Наконец, центрами автоматизма третьего порядка, обладающими самой низкой способностью к автоматизму (25-45 импульсов в минуту), являются нижняя часть пучка Гиса, его ветви и волокна Пуркинье. Однако в норме возбуждение сердца происходит только в результате импульсов, возникающих в волокнах СА-узла, который является единственным нормальным водителем ритма. Дело в том, что в условиях сравнительно частой им- пульсации СА-узла подавляется автоматизм клеток АВ-соединения, пучка Гиса и волокон Пуркинье. Последние являются только потенциальными, или латентными, водителями ритма. При поражениях СА-узла функцию водителя ритма могут взять на себя нижележащие отделы проводящей системы сердца - центры автоматизма
II и даже III порядка.
Все волокна проводящей сметены сердца (кроме средней части

АВ-узла) потенциально обладают функцией автоматизма.
В норме единственным водителем ритма является СА-узел,

который подавляет автоматическую активность остальных

(эктопических) водителей ритма сердца.

На функцию СА-узла и других водителей ритма большое влияние оказывает симпатическая и парасимпатическая нервная система: активизация симпатической системы ведет к увеличению автоматизма клеток СА-узла и проводящей системы, а парасимпатической системы - к уменьшению их автоматизма.

2) Функция проводимости

Функция проводимости - это способность к проведению возбужде-ния, возникшего в каком-либо участке сердца, к другим отделам сердечной мышцы.

Функцией проводимости обладают как волокна специализированной проводящей системы сердца, так и сократительный миокард; однако в последнем случае скорость проведения электрического импульса значительно меньше.

Следует хорошо усвоить последовательность и особенности распространения возбуждения по различным отделам проводящей системы сердца.
В норме волна возбуждения, генерированного в клетках СА-узла, распространяется по короткому проводящему пути на правое предсердие, по трем межузловым трактам - Бахмана, Венкебаха и Тореля - к АВ-узлу и по межпредсердному пучку Бахмана - на левое предсердие. Возбуждение распространяется по этим проводящим трактам в 2-3 раза быстрее, чем по миокарду предсердий. Общее направление движения волны возбуждения - сверху вниз и несколько влево от области СА-узла к верхней части АВ-узла. Вначале возбуждается правое предсердие, затем присоединяется левое, в конце возбуждается только левое предсердие (рисунок 4). Скорость распространения возбуждения здесь невелика и составляет в среднем около 30 - 80 см-с"1.
Время охвата волной возбуждения обоих предсердий не превышает 0,1 с.

1. Направление распространения волны возбуждения по предсердиям - сверху вниз и немного влево.

2. Вначале возбуждается правое, затем правое и левое предсердия, в конце - только левое предсердие.

3 Время охвата возбуждением предсердий не превышает в норме 0,1 с.

В АВ-узле и особенно в пограничных участках между АВ-узлом и пучком
Гиса происходит значительная задержка волны возбуждения, скорость проведения не более2-5 см с". Задержка возбуждения в АВ-узле способствует тому, что желудочки начинают возбуждаться только после окончания полноценного сокращения предсердий и желудочков. Малая скорость проведения электрического импульса в АВ-узле обусловливает и другую особенность его функционирования: АВ-узел может «пропустить» из предсердий в желудочки не более 180 - 200 импульсов в минуту. Поэтому при учащении сердечного ритма более 180 - 200 ударов в минуту некоторые импульсы из предсердий не достигают желудочков, наступает так называемая атриовентрикулярная блокада проведения. В этом отношении АВ-узел является одним из самых уязвимых отделов проводящей системы сердца

1. В АВ - узле происходит физиологическая задержка волны возбуждения, определяющая нормальную временную последовательность возбуждения предсердий и желудочков.

2. При учащении сердечных импульсов, исходящих из СА-узла или предсердий, бол eel 80-220 в минуту, даже у здорового человека может наступить частичная (атриовентрикулярная) блокада проведения электрического импульса от предсердий к желудочкам. От АВ-узла волна возбуждения передается на хорошо развитую внутрижелудочковую проводящую систему, состоящую из предсердно-желудочкового пучка (пучка Гиса), основных ветвей
(ножек) пучка Гиса и волокон Пуркинье.

Рисунок 4. Распространение возбуждения по предсердиям. а) - начальное возбуждение правого предсердия; б) - возбуждение правого и левого предсердий; в) конечное возбуждение левого предсердия. Красным цветом показаны возбужденные (заштрихованные) и возбуждающиеся в настоящий момент
(сплошные) участки Р1 ,Р2, РЗ - моментные векторы деполяризации предсердий.

В норме скорость проведения по пучку Гиса и его ветвям составляет 100
-150 см-с ", а по волокнам Пуркинье -300 - 400 см-с "!. Большая скорость проведения электрического импульса по проводящей системе желудочков способствует почти одновременному охвату желудочков волной возбуждения и наиболее оптимальному и эффективному выбросу крови в аорту и легочную артерию. В норме общая продолжительность деполяризации желудочков колеблется от 0,06 до 0,10 с.

Для правильного понимания генеза различных зубцов ЭКГ

необходимо хорошо знать нормальную последовательность охвата

возбуждением (деполяризацией) миокарда желудочков. Поскольку

волокна Пуркинье преимущественно располагаются в субэндокардиаль-ных отделах желудочков, именно эти отделы возбуждаются первыми, и отсюда волна деполяризации распространяется к субэпикардиальным участкам сердечной мышцы
(рисунок 5). Процесс возбуждения желудочков начинается с деполяризации левой части межжелудочковой перегородки в средней ее трети (рисунок 5а).
Фронт возбуждения при этом движется слева направо и быстро охватывает среднюю и нижнюю части межжелудочковой перегородки. Почти одновременно происходит возбуждение апикальной (верхушечной) области, передней, задней и боковой стенок правого, а затем и левого желудочка. Здесь возбуждение распространяется от эндокарда к эпикарду, и волна деполяризации преимущественно ориентирована сверху вниз и вначале направо, а затем начинает отклоняться влево.

Через 0,04 - 0,05 с волна возбуждения уже охватывает большую часть миокарда левого желудочка, а именно его апикальную область, переднюю, заднюю и боковые стенки Волна деполяризации при этом ориентирована сверху вниз и справа налево (рисунок 5б)

Последними в период 0,06 - 0,08 с возбуждаются базальные отделы левого и правого желудочков, а также межжелудочковой перегородки. При этом фронт волны возбуждения направлен вверх и слегка направо, как это показано на рисунке 5в.

0,06 – 0,08 с

0,02 с

Рисунок 5. Распространение возбуждения по сократительному миокарду желудочков, а) - возбуждение (деполяризация) межжелудочковой перегородки
(002 с); б) - деполяризация верхушек передней задней и боковой стенок желудочков (004—005 с); в) — деполяризация базальных отделов левого и правого желудочков и межжелудочковой перегородки (0,06 - 0,08 с) Цветовые обозначения те же что и на рисунке 4

3) Функция возбудимости и рефрактерность волокон миокарда

Возбудимость - это способность сердца возбуждаться под влиянием импульсов.

Функцией возбудимости обладают клетки, как проводящей системы сердца, так и сократительного миокарда. Возбуждение сердечной мышцы сопровождается возникновением ТМПД и, в конечном счете — электрического тока.

В разные фазы ТМПД возбудимость мышечного волокна при поступлении нового импульса различна. В начале ТМПД (фаза 0, 1,2) клетки полностью невозбудимы, или рефрактерны, к дополнительному электрическому импульсу.
Это так называемый абсолютный рефракторный период миокардиального волокна, когда клетка вообще неспособна отвечать новой активацией на какой-либо дополнительный электрический стимул. В конце ТМПД (фаза 3) имеет место относительный рефрактерный период, во время которого нанесение очень сильного дополнительного стимула может привести к возникновению нового повторного возбуждения клетки, тогда как слабый импульс остается без ответа. Во время диастолы (фаза 4 ТМПД) полностью восстанавливается возбудимость миокардиального волокна, а его рефрактерность отсутствует.

4) Функция сократимости

Сократимость - это способность сердечной мышцы сокращаться в ответ на возбуждение.

Этой функцией в основном обладает сократительный миокард. В результате последовательного сокращения различных отделов сердца и осуществляется основная - насосная функция сердца.

2.3 ФОРМИРОВАНИЕ НОРМАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ

Формирование электрограммы одиночного мышечного волокна

Колебания величины ТМПД отражают динамику процессов де- и реполяризации в различных участках сердечной мышцы. Однако в клинической электрокардиографии электроды располагают на значительном удалении от миокардиальнои клетки, и поэтому измерение ТМПД невозможно. Электрические потенциалы регистрируются обычно с поверхности возбудимой ткани или проводящей среды, окружающей сердце (эпикардиальной поверхности сердца, поверхности тела, конечностей, пищевода и т.д.).

Электрокардиограмма - запись колебаний разности потенциалов, возникающих на поверхности возбудимой ткани или окружающей сердце проводящей среды при распространении волны возбуждения по сердцу.

Разность потенциалов, создаваемая источником тока, характеризует напряжение, или электродвижущую силу (ЭДС), источника тока.

Вначале рассмотрим процесс формирования разности потенциалов на поверхности одиночного мышечного волокна и генез электрограммы (ЭГ) волокна. Как известно, в состоянии покоя вся наружная поверхность клеточной мембраны заряжена положительно. Между любыми двумя точками этой поверхности разность потенциалов отсутствует. На ЭГ одиночного мышечного волокна, зарегистрированной с помощью двух электродов, расположенных на поверхности клетки, записывается горизонтальная нулевая (изоэлектрическая) линия.

д

Рисунок 7. Деполяризация в одиночном мышечном волокне

А — клетка миокарда или одиночное мышечное волокно в состоянии покоя, или статической поляризации. Каждому положительному заряду вдоль клеточной мембраны соответствует отрицательный заряд; Б — начало деполяризации в одиночном мышечном волокне у эндокарда: В — продвижение волны деполяризации от эндокарда к эпикарду; Г — большая часть мышечного волокна охвачена возбуждением; Д — все мышечное волокно охвачено возбужден