Устройство и принцип работы электрокардиографа. Регистрация ЭКГ и принципы анализа

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.

 

 

 

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 элект р ический 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

 

(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

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 R_c - 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:

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

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.

 

 

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.

 

 

 

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. 12 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.

 

 

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).

 

 

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 - полу сумма 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

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).

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)

B)

C)

D)

E)

 

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.