Биоэлектрические основы ЭКГ. Возникновение биопотенциалов сердца.
Биопотенциал сердца непосредственно отражает процессы возбуждения и проведения импульса в миокарде. Теоретические основы ЭКГ строятся на законах электродинамики, применимых к эл. процессам, происходящим в сердце в связи с ритмической генерацией эл. импульса и распространением возбуждения по проводящей системе сердца и миокарду.
Нормально работающее сердце генерирует эл. импульсы, создающее эл.поле. Математически это поле может быть представлено в виде вектора определённой величины и направления. Векторное представление эл. потенциалов сердца впервые было разработано известным датским физиологом В. Эйнтховеном.
В спокойном состоянии клетка миокарда поляризована за счет разности концентраций ионов калия и натрия (калия в клетке в 30раз больше, чем снаружи,а натрия,наоборот,в10 раз меньше). При прохождении импульса возбуждения натрий быстро входит в клетку, потенциал этого участка меняется на противоположный, образуя диполь. Совокупность потенциалов миокардиоцитов образует диполи сердца в целом. Их результирующая, называемая Эл. вектором сердца,изменяет силу и направление во время цикла. Моментный вектор сердца описывает петлю в пространстве.
В проводящей среде,окружающей диполь (ткани вне сердца) возникает переменное эл.поле. Основоположник ЭКГ В. Эйнтховен предложил регистрировать разность потенциалов во фронтальной плоскости тела в трёх стандартных отведениях – как бы с вершин равностороннего треугольника, Линии между этими вершинами, т.е. стороны треугольника. являются осями стандартных отведений.
Определённое взаимное расположение электродов при регистрации биопотенциалов с поверхности тела называют отведениями. Отведения. используемые в клинической практике унифицированы: принята система, включающая 12 отведений: три стандартных отведения от конечностей (I, II, III), три усиленных однополюсных отведений от конечностей (@VR,
@VL, @VF), и 6 грудных отведений. Стандартный кабель кардиографов имеет маркировку: @ красный, желтый, зеленый,черные электроды (обычно на правую руку накладывают красный электрод, на левую желтый, на левую ногу зеленый, на правую ногу черный.)
Элементы кардиограммы.
Последовательное распространение волны возбуждения по миокарду приводит к формированию характерных элементов ЭКГ. ЭКГ--это запись колебаний разности потенциалов, возникающих на поверхности возбудимой ткани, или окружающей проводящей среды, при распространении волны возбуждения по сердцу. ЭКГ отражает процессы в сердечной мышце- зарождение и распространение возбуждения.. Эйнтховен первым предложил метод регистрации.(Нобелевская премия -1924г .)
рис 
. Стандартные отведения часто служат для оценки временных характеристик ЭКГ для выявления естественного синусового ритма, для выявления патологии процессов проведения возбуждения по миокарду.
На кардиографической кривой выделяют: зубцы, сегменты. интервалы.
Стандартные отведения позволяют зарегистрировать ЭКГ, которая состоит из зубцов –P,Q,R,S,T (U-иногда). В норме эл. импульсы автоматически генерируются в небольшой группе клеток расположенных в предсердиях и называемых синоатриальным узлом, поэтому нормальный ритм сердца называется синусовым. Когда эл. импульс, возникая в синусовом узле, проходит по предсердиям на ЭКГ появляется зубец Р. Далее импульс распространяется на желудочки, между зубцом Р и комплексом,отражающим возбуждение желудочков, имеется промежуток Расстояние от начала зубца Р до начала зубца Q называют интервал PQ он отражает проведение импульса между предсердиями и желудочками и норме составляет 0,12-0,2 сек. Далее импульс распространяется по проводящей системе сердца(пучки Гисса и волокна Пуркинье)- на ЭКГ соответствует комплекс QRS. В норме длительность его составляет до 0,09сек.
Отметим достоинства стандартных отведений.. Стандартные отведения служат для оценки временных характеристик ЭКГ для выявления естественного синусового ритма, для выявления патологии процессов проведения возбуждения по миокарду.
Они позволяют определить положение эл. оси сердца на фронтальной плоскости. В нормальных условиях (при отсутствии патологии) эл.ось сердца расположена так,что она направлена справа налево, сверху вниз и составляет по отношению к линии правая рука левая рука (горизонтальная линия треугольника Эйнтховена) угол равный +200 --+700. Такая позиция сердца называется нормогр аммой.
АЛГОРИТМ АНАЛИЗА СЕРДЕЧНОГО РИТМА И ПРОВОДИМОСТИ.
1. Определите регулярность ритма сердца.
Измерьте продолжительность интервала R-R в секундах (при скорости регистрации ЭКГ =50мм / с) При правильном ритме расчет ЧСС проводится по формуле: ЧСС=60/ R-R
Кардиологическая аппаратура.
Современные кардиографы отличаются высоким техническим совершенством и позволяют осуществлять, как одноканальную так и многоканальную запись ЭКГ.
Кардиографы состоят из входного устройства,усилителя биопотенциалов и регистрирующего у-ва. Напряжение Эл поля (разность потенциалов) снимается с поверхности тела посредством металлических электродов, укрепленных на различных участках тела. За- тем через входные провода, маркированные различным цветом Эл. сигнал подается через коммутатор отведений на вход усилителя. Малое напряжение воспринимаемое электродами,не превышающее 1-3 милливольт подаётся на систему усилителей.
Функции входного блока кардиографа. Входной блок состоит из электродов, накладываемых на тело пациента, проводников соединяющих их с кардиографом (кабели отведений),переключателя отведений, позволяющего выбирать отведения для регистрации. Электроды должны обеспечивать надежный контакт с телом пациента и не вносить искажений в изучаемый сигнал.
Функции блока усиления. Основой аппарата является усилитель, который позволяет выделить сигнал амплитудой 0.1-5 милливольт в диапазоне частот 0.5-120Гц и увеличить его в1000-10000 раз. Он должен давать стабильный выходной сигнал и быть устойчивым к помехам. Нулевой уровень задается с помощью особого провода, устанавливаемого на произвольный участок тела, обычно на правую голень и маркируемого черным цветом.
Регистрация. В современных ЭКГ- аппаратах применяются различные модели принтеров, чаще матрично- тепловых, эти аппараты позволяют рассматривать кривую на встроенном дисплее в момент записи. Нередко они измеряют основные параметры ЭКГ, записывают их, распечатывают упрощенные синдромальные заключения.
Баллистокардиография - это регистрация движений тела человека, связанных с сердечными сокращениями и перемещением крови в крупных сосудах. Она используется для оценки сократительной деятельности миокарда. Парри в1786 г.впервые отметил механические движения тела во время сокращения сердца. Стар в1939 г.сконструировал специальный стол для записи БКГ, дал название методу и объяснение физической и физиологической сущности волн БКГ. Во время работы сердца происходит перемещение тела в направлении противоположном движению крови. Выброс крови в аорту (вперед) сопровождается движением тела в противоположную сторону,каудально. Кровь, пройдя дугу аорты,меняет своё направление на противоположное, и тело с этого момента движется кпереди. Полагают,что величина смещения тела пропорциональна выброшенной во время систолы крови. БКГ оценивают по соотношению амплитуды волн систолического интервала кривой.
Регистрация проводится с помощью, за счет электромагнитного датчика, сигнал с которого подается на электрокардиограф. БКГ позволяет оценить сократительную способность миокарда----в том числе силу и координированность сердечного сокращения, объем и скорость систолического изгнания крови, заполнение кровью полостей сердца во время диастолы.
Эхокардиография: Эхокардиографией называется метод изучения строения и движения структур сердца с помощью отраженного ультразвука. Получаемое при регистрации изображение серца называется (ЭхоКГ). Впервые ЭхоКГ была зарегистрирована в 1954г. щведскими учеными Эдлером и Херцем. Физические принципы метода основаны на том, что уз волны проникают в ткань и частично виде эхосигнала отражаются от границ различной плотности. Волны уз частоты генерируются датчиком (пъезо) и устанавливаемым над областью сердца, отраженные от структур серца эхосигналы вновь превращаются датчиком в Эл. импульс, который усиливается регистрируется и анализируется на экране видеомонитора. Частота уз волн, используемых в ЭхоКГ, колеблется от 2 до 5 МГц, длина 0,7-1,4 мм; они проникают в тело на глубину 20-25 см. Датчик работает в импульсном режиме: 0,1% времени – как излучатель, 99,9% - как приёмник импульсов.
Ультразвук (обычно 2,25 МГц)- с огромной скоростью (1540) проходит через ткани организма не повреждая их. Встречая различные структуры, часть из волн отражается от данного барьера. Это уз ЭХО улавливается и фиксируется на экране осцилографа. Различают 4 варианта.
М- сканирование, В- сканирование, V- сканирование, доплер кардиография. В настоящее время помимо однамерной ЭхоКГ, позволящей анализировать строение и движение структур сердца, используется двумерная в реальном масштабе времени М-режим (motio-движение)
Самостоятельная работа
Задачи:
1.В электрическом поле точечного заряда q=0.3нКл на расстоянии r=1м от него находится диполь с р=2*10-28Кл м. Найдите максимальный момент силы, действующий на диполь в вакууме.
2.Какой максимальный момент силы действует в Эл.поле с напряженностью Е= 20 кВ/м на молекулу воды р=3,7*10-29Клм? Вчем различие действия на молекулу однородного и неоднородного полей?
3.Найдите потенциал поля,созданного диполем в точке А,удаленной на расстояние r=0.5 м, в направлении под углом 
=30 относительно Эл. момента р диполя.Среда вода. Диполь образован зарядами q=2*10-7 Кл, расположенный на расстоянии l=0.5см.
4.В одном из отведений наибольшая разность потенциалов на элкардиограмме равна 2 мВ. Предполагая, что при этом что Эл. момент сердца параллелен стороне треугольника Эйнтховена, с которой снимается кардиограмма оцените величину Эл. момента сердца. =80, 
Известны: r=1м.
Часть 2.
Лабораторная работа
Приборы и принадлежности:
Электрокардиограф, фиксируемые электроды – 4 шт., марлевые прокладки – 4 шт.,
физраствор.