Электрофизиологические основы электрокардиографии

 

Генез нормальной электрокардиограммы (ЭКГ), происхождение и характер ее патологических изменений наиболее наглядно объясняет векторная теория сердечного диполя.

Электрические явления, связанные с деятельностью всего сердца, принято рассматривать на примере отдельного мышечного волокна. Это допустимо, поскольку электрические процессы, происходящие в миокардиальной клетке и в сердце в целом имеют общие закономерности.

В состоянии покоя наружная поверхность клеточной мембраны мышечного волокна заряжена положительно (+). При возбуждении наружная поверхность деполяризованного участка изменяет заряд на отрицательный (-). Реполяризация мышечной клетки сопровождается восстановлением (+) зарядов на ее поверхности.

Процесс распространения по мышечному волокну волны деполяризации, как и волны реполяризации, схематически можно представить в виде перемещения двойного слоя зарядов, расположенных на границе возбужденных, заряженных (-) и невозбужденных, заряженных (+) участков волокна (рис. 1.1.1.). Эти заряды равны по абсолютной величине, противоположны по знаку и находятся на бесконечно малом расстоянии друг от друга. Такая система, состоящая из двух равных по величине, но противоположных по знаку зарядов, называется диполем. Положительный полюс диполя всегда обращен в сторону невозбужденного, а отрицательный полюс - в сторону возбужденного участка мышечного волокна.

Диполь может послужить моделью электрической активности отдельного мышечного волокна, которое обозначают как элементарный диполь. Элементарный диполь характеризуется разностью потенциалов и является источником элементарной электродвижущей силы (ЭДС). ЭДС - величина векторная; ее характеризуют абсолютное значение и направление. В электрокардиографии принята положительная полярность вектора, т.е. направление от (-) к (+).

На поверхности невозбужденного мышечного волокна разность потенциалов отсутствует - регистрирующий прибор фиксирует изолинию. При появлении возбуждения на границе возбужденных и невозбужденных участков появляется диполь, который вместе с волной возбуждения на ее "гребне" перемещается по мышечному волокну. Между возбужденными и оставшимися на данный момент в состоянии покоя участками поверхности миокардиального волокна возникает разность потенциалов. Если электрод, соединенный с положительным полюсом регистрирующего прибора (активный, дифферентный), обращен к (+) полюсу диполя, т.е. вектор ЭДС направлен к этому электроду, то регистрируется отклонение кривой вверх или положительный зубец. В случае, когда активный электрод обращен к отрицательному заряду диполя, т.е. вектор ЭДС направлен от этого электрода, возникает отклонение кривой вниз или отрицательный зубец.

В каждый момент сердечного цикла в состоянии возбуждения оказывается множество мышечных волокон, которые представляют собой элементарные диполи. При одновременном существовании нескольких диполей их ЭДС взаимодействует по закону сложения векторов, образуя суммарную ЭДС. Таким образом, сердце можно рассматривать как один точечный источник тока - суммарный единый сердечный диполь, продуцирующий суммарную ЭДС.

При строго последовательном распространении возбуждения по миокарду, когда на разных этапах этого процесса вовлеченными в состояние возбуждения оказываются различные, но определенные по локализации участки сердца и разные по величине мышечные массы, суммарная ЭДС последовательно и закономерно изменяется по величине и направлению. Каждому отдельному моменту сердечного цикла соответствует своя суммарная моментная ЭДС.

Рис. 1.1.1. Клетка миокарда в покое (А) и во время деполяризации (Б).

Рис. 1.1.2. Трансмембранный потенциал действия (ТМПД). АРП и ОРП – абсолютный рефракторный период и относительный рефрактерный период.

Проводящая система сердца

Синоатриальный (синусовый) узел (СА – узел или узел Киса - Флека) расположен субэпикардиально в верхней части правого предсердия между устьями полых вен. Синоатриальный узел является центром автоматизма       I порядка, способен генерировать 60 - 80 импульсов в минуту.

В СА - узле идентифицировано 2 вида клеток: Р –клетки (специфические нейроны, обладающие способностью к генерации электрических импульсов для возбуждения миокарда) и Т – клетки (клетки, расположенные на периферии  СА – узла, обладающие способностью к проведению электрических импульсов к миокарду предсердий). Итак, импульс к возбуждению сердца в норме генерируют Р-клетки СА - узла, обладающие наиболее высоким автоматизмом.

Возбуждение СА - узла не отражается на обычной электрокардиограмме. После латентного периода (несколько сотых долей секунды), импульс из          СА - узла достигает миокарда предсердий.

Пути распространения возбуждения по предсердиям:

- тракт Бахмана (передний путь) проходит по передневерхней стенке правого предсердия и у межпредсердной перегородки разделяется на 2 ветви: первая идет к атриовентрикулярному узлу, вторая – к левому предсердию             (с задержкой импульсов на 0,02 с);

- тракт Венкебаха (средний путь) проходит по межпредсердной перегородке к атриовентрикулярному узлу;

- тракт Торреля (задний путь) проходит по нижней части межпредсердной перегородки к атриовентрикулярному узлу с распространением волокон к стенке правого предсердия.

В норме распространение возбуждения проходит по более коротким пучкам Бахмана и Венкебаха. Скорость прохождения возбуждения по предсердиям – 1м/с.

В предсердиях также имеются источники ритма, в норме подавляемые активностью СА - узла, способные вырабатывать 50 - 60 импульсов в минуту.

 

 

Рис. 1.2.1. Схематическое изображение центров автоматизма и проводящей системы сердца: 1 - атриовентрикулярный узел; 2 - дополнительные пути быстрого предсердно - желудочкового проведения (пучки Кента); 3 -пучок Гиса; 4 - волокна Пуркинье; 5 - задняя ветвь левой ножки пучка Гиса;                 6 - передняя ветвь левой ножки пучка Гиса; 7 - правая ножка пучка Гиса;           8 - дополнительный путь предсердно - желудочкового проведения - пучок Джеймса; 9 - межузловые пути быстрого проведения; 10 - синоатриальный узел; 11 - межпредсердный путь быстрого проведения (пучок Бахмана).

 

Атриовентрикулярный узел (АВ - узел или узел Ашоффа – Тавара) расположен в нижней части правого предсердия справа от межпредсердной перегородки, рядом с устьем коронарного синуса, вдаваясь в перегородку между предсердиями и желудочками. Основная функция АВ – узла – «фильтрация» подходящих к нему импульсов. Здесь происходит снижение скорости распространения возбуждения (физиологическая атриовентрикулярная задержка). Прохождение возбуждения по АВ – узлу длится в среднем 0,08 с, скорость его – 5 - 20см/с. Нижняя часть АВ –узла, утончаясь, переходит в пучок Гиса.

Пучок Гиса состоит из двух частей: проксимального отдела, не имеющего контакта с сократительным миокардом и дистального отдела - «мембранозной», части пучка Гиса. Скорость проведения возбуждения по пучку Гиса 1 м/с.

АВ - соединение состоит из АВ – узла и прилегающих к нему в нижних отделах предсердий и в начальной части пучка Гиса клеток, обладающих функцией автоматизма. АВ – соединение - это автоматический центр II порядка со способностью генерировать импульсы с частотой 40 - 60 в минуту.

Правая и левая ножки пучка Гиса – пучок Гиса делится на 2 ножки (правую и левую), левая вблизи от основного ствола пучка Гиса разделяется на две ветви – переднюю и заднюю. В ряде случаев имеется третья, срединная ветвь. Скорость проведения возбуждения в ветвях и ножках пучка Гиса -            3 - 4 м/с. В ножках пучка Гиса и их разветвлениях имеются клетки, обладающие функцией автоматизма. Это центр автоматизма III порядка, способный генерировать импульсы с частотой 30 - 40 и менее в минуту.

Волокна Пуркинье пронизывают весь миокард. Они располагаются преимущественно субэндокардиально и непосредственно связаны с сократительным миокардом. Поэтому распространение возбуждения по желудочкам идет из множества очагов субэндокардиальных слоев к субэпикардиальным. Поступающий по ним импульс вызывает сокращение миокарда желудочков. Скорость проведения возбуждения по волокнам Пуркинье и миокарду желудочков – 4 – 5 м/с.

 

Таким образом, автоматическим центром I порядка является синусовый узел, а центры автоматизма II и III порядка проявляют свою автоматическую функцию только при патологии. Центр автоматизма III порядка становится водителем ритма только при одновременном поражении центров I и II порядка или при значительном повышении собственной автоматической активности.

Аномальные дополнительные пути проведения возбуждения (обходные АВ – пути проведения возбуждения (Кушаковский М.С., 1992)).

- пучок Кента расположен параллельно АВ – соединению справа или слева от него и служит анатомическим субстратом синдрома W-P-W;

- волокна Махейма двух типов (нодовентрикулярное соединение между АВ - узлом и правой стороной межжелудочковой перегородки и нодофасцикулярный тракт между АВ - узлом и разветвлениями правой ножки пучка Гиса);

- тракт Джеймса (атрионодальный тракт, соединяющий СА - узел с нижней частью АВ – узла). Считается, что синдром укороченного интервала P-Q, или синдром CLC, является следствием проведения возбуждения по пучку Джеймса.

 

Импульсы, вызывающие сокращения сердца, возникают в норме в синусовом узле, распространяются далее по обоим предсердиям, затем через атриовентрикулярный узел к пучку Гиса, далее по левой и правой ножкам пучка Гиса и волокнам Пуркинье проводятся к сократительному миокарду.

Возбуждение сократительного миокарда желудочков начинается с левой половины межжелудочковой перегородки, куда раньше проходит электрический импульс по более короткой левой ножке. Волна возбуждения движется вправо. В норме охват возбуждением всей межжелудочковой перегородки происходит за 0,02 - 0,03 с. Через 0,005 - 0,01 с от начала возбуждения перегородки процесс деполяризации распространяется на субэндокардиальные слои миокарда верхушки, передней и боковой стенок правого желудочка. Волна возбуждения перемещается к эпикарду, поэтому суммарный вектор деполяризации правого желудочка направлен вправо и вперед, как и вектор межжелудочковой перегородки. Вместе они на протяжении первых 0,02 - 0,03 с определяют направление ранних суммарных векторов сердца вправо и вперед.

 

Рис. 1.2.2. Моментальные векторы ЭДС единого сердечного диполя во время деполяризации желудочков и средний результирующий вектор возбуждения желудочков.

 

После вступления в процесс возбуждения левого желудочка, что происходит на 0,03 - 0,04 с, суммарный вектор сердца начинает отклоняться вниз и влево, а затем по мере охвата все большей массы миокарда левого желудочка он отклоняется все больше влево. Самыми длинными будут векторы 0,04 - 0,05 с, т.к. они отражают момент, когда возбуждается одновременно максимальное число мышечных волокон миокарда. В дальнейшем (0,06-0,07 с), суммарные векторы также направлены влево, но имеют меньшую величину.

Векторы 0,08 - 0,09 - 0,10 с (конечные) обусловлены возбуждением оснований межжелудочковой перегородки и желудочков. Они ориентированы вверх и слегка вправо, имеют наибольшую величину.

Реполяризация желудочков, начинаясь с субэпикардиальных слоев миокарда, распространяется к эндокарду. Поэтому, суммарный вектор реполяризации имеет то же направление, что и вектор деполяризации желудочков. Из вышесказанного следует, что в процессе сердечного цикла суммарный вектор, постоянно изменяясь по величине и ориентации, большую часть времени направляет сверху и справа вниз и влево.

Представляя собой источник ЭДС, сердце создает в теле человека, как в окружающем проводнике, и на его поверхности электрическое поле. Динамика суммарной ЭДС сердца на протяжении сердечного цикла, преобладающая ориентация суммарного вектора таковы, что большую часть сердечного цикла положительные потенциалы электрического поля сосредоточены в левой и нижней частях тела, а отрицательные – в правой и верхней.

 

Рис. 1.2.3. Электрическое поле единого сердечного диполя через 0,04 с после начала возбуждения желудочков.

 

Наличие на поверхности тела человека точек, отличающихся величиной и знаком потенциала, позволяет зарегистрировать между ними разность потенциалов. В электрокардиографии с этой целью используются строго определенные точки, что позволяет унифицировать метод и добиться наибольшей его информативности.