Физические основы электрокардиографии

Живые ткани являются источником электрических потенциалов (биопотенциалов).

Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической целью получила название электрографии. Такой общий термин употребляется сравнительно редко, более распространены конкретные названия соответствующих диагностических методов: электрокардиография (ЭКГ) – регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении, электромиография – метод регистрации биоэлектрической активности мышц, электроэнцефалография (ЭЭГ) – метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга и др.

В большинстве случаев биопотенциалы снимаются электродами не непосредственно с органа (сердце, головной мозг), а с других, соседних тканей в которых электрические поля этим органом создаются. Это существенно упрощает процедуру регистрации.

Физический подход к электрографии заключается в создании (выборе) модели электрического генератора, которая соответствует картине «снимаемых» потенциалов. В связи с этим возникают две фундаментальные теоретические задачи: расчет потенциала в области измерения по заданным характеристикам электрического генератора (модели) – прямая задача, расчет характеристик электрического генератора по измеряемому потенциалу – обратная задача.

Рассмотрим физические процессы на примере электрокардиографии.

Все сердце в электрическом отношении представляется как некоторый эквивалентный электрический генератор либо гипотетически либо в виде реального устройства как совокупность электрических источников в проводнике, имеющим форму человеческого тела. На поверхности проводника (человеческого тела) будет возникать электрическое напряжение. Предполагают, что среда, окружающая сердце, безгранична и однородна с удельной электрической проводимостью γ.

В мультипольном эквивалентном генераторе сердца основная часть в потенциал на поверхности тела вноситься его дипольной составляющей. Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтховена. Согласно ей, сердце есть диполь с дипольным моментом p_c (в медицине от носит название «вектор электродвижущей силы сердца»), который поворачивается, изменяет свое положение и точку приложения за время сердечного цикла.

Рисунок 17.

В. Эйнтховен предложил снимать разности биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника, которые приближено расположены в правой руке (ПР), левой руке (ЛР) и левой ноге (ЛН) (рис. 17а). На рисунке 17б схематично изображен этот треугольник.

По терминологии физиологов, разность биопотенциалов, регистрируемая между двумя точками тела, называют отведением. Различают I отведение (ПР-ЛР), II отведение (ПР-ЛН) и III отведение (ЛР-ЛН). По Эйнтховену, сердце расположено в центре треугольника. Отведения позволяют определить соотношение между проекциями электрического момента сердца на стороны треугольника.

Рисунок 18.

Так как электрический момент диполя – сердца – изменяется со временем, то в отведениях будут получены временные зависимости напряжения, которые называют электрокардиограммами. На рисунке 18 показана нормальная электрокардиограмма человека в одном из отведений.