Fizyczne metody pomiarów aktywności elektrycznej mięśnia sercowego w diagnostyce kardiologicznej:
i
wektokardiografia
II rok Fizyka Medyczna
Spis Treści:
1. Co to jest elektrokardiografia, a co to jest wektokardiografia? 3
2. Anatomia serca 3
3. Związek między krzywą EKG, a zjawiskami elektrycznymi w sercu 5
4. Matematyczno – fizjologiczno - fizyczne podstawy elektrokardiografii 7
5. Układy odprowadzeń EKG 8
6. Wektokardiografia 15
7. Technika wykonywania badania 18
a) Podstawowe badanie EKG (spoczynkowe badanie EKG) 18
b) EKG wysiłkowe 18
c) Próby z lekami 19
d) Masaż zatoki szyjnej 19
e) Próba pionizacyjna 20
f) Metoda Holtera – monitoring 24 godzinny 20
g) EKG wysokiej rozdzielczości 20
8. Analiza elektrokardiogramu pod kątem osi serca oraz gradientu komorowego 21
a) oś elektryczna serca 21
b) gradient komorowy 24
9. Analiza diagnostyczna elektrokardiogramu na wybranych przykładach stanów patologicznych 25
a) Stany podczas Nagłego Zatrzymania krążenia (NZK) – migotanie komór (Ventricular Fibrillation – VF) oraz częstoskurcz komorowy (Ventricular Tachykardia – VT) 25
b) Zawał mięśnia sercowego 26
10. Bibliografia 27
Elektrokardiografia jest metodą rejestracji napięć elektrycznych wytwarzanych przez serce i przetwarzanych w krzywą zmian napięcia względem osi czasu.
Podstawową jednostką wytwarzającą energię elektryczną w mięśniu sercowym jest komórka mięśnia sercowego. Różnica potencjałów pomiędzy dwoma odizolowanymi komórkami mięśnia sercowego objawia się jako siła elektromotoryczna, która ma określony kierunek, zwrot i wartość w przestrzeni, zatem może być traktowana jako wartość wektorowa.
Rozpatrując w sposób wektorowy rozprzestrzeniające się pobudzenie wewnątrz mięśnia sercowego, możemy mówić o wypadkowej sile elektromotorycznej serca, która nosi nazwę wektora elektrycznego serca. Wektor ten ulega ciągłej zmianie w przestrzeni i w czasie, a jego rotacje obserwują i zapisują odpowiednie elektrody elektrokardiogramu przylepione do ciała pacjenta. Napięcia dochodzące do elektrod nie jest identyczne z tym rozchodzącym się bezpośrednio w mięśniu sercowym, ponieważ ulega pochłanianiu i zniekształcaniu przechodząc przez poszczególne tkanki miękkie i twarde ciała pacjenta.
Graficzną rejestrację zmian wielkości i kierunku wektora serca w czasie jednej ewolucji serca nazywamy wektokardiogramem, natomiast graficzną rejestrację zmian wartości napięcia elektrycznego na powierzchni ciała względem osi czasu, to elektrokardiografia.
Serce (cor) jest centralnym narządem układu krążenia, o działaniu porównywanym do pompy ssąco – tłoczącej. Praca serca polega na cyklicznych skurczach i rozkurczach poszczególnych jam.
Serce leży w klatce piersiowej w śródpiersiu środkowym. Dwie trzecie serca znajduje się po lewej stronie ciała. Prawa granica serca biegnie wzdłuż prawej linii mostkowej, górna na poziomie trzeciej pary żeber, lewa w linii środkowo obojczykowej lewej. Dolna powierzchnia graniczy z wątrobą.
Kształtem serce jest zbliżone do stożka, którego podstawa (basic) zwrócona jest ku tyłowi i ku górze oraz ku prawej stronie, a koniuszek (apex cordis) zwrócony jest ku dołowi, ku przodowi i ku stronie lewej. Styka się on z piątą przestrzenią międzyżebrową lewą przed linią środkowo obojczykową lewą. U podstawy serca występuje korona serca (corona cordis), którą tworzą tętnice – aorta i pień płucny, oraz żyły – żyły główne górna i dolna oraz żyły płucne.
Serce posiada powierzchnie mostkowo – żebrową (przednią), przeponową (tylno-dolną), oraz płucną (lewą).
Na powierzchni serca rysują się bardzo wyraźne bruzdy – wieńcowa (salcus coronarius), która widoczna jest na tylnej powierzchni serca – granica między przedsionkami i komorami, oraz bruzdy międzykomorowe przednie i tylne (salus intervenitricularis snterior es posterior).
Serce otoczone jest workiem osierdziowym (pericardium), które składa się z dwóch warstw – nasierdzia (epicardium) oraz osierdzia włóknistego (pericardium fibrosum) pomiędzy którymi znajduje się jama osierdzia (cavitas pericardiaca) zawierająca płyn osierdziowy.
Ściany serca składają się z trzech warstw, najbardziej zewnętrzną jest nasierdzie (epicardium), następnie śródsierdzie (sierdzie), którego jednostką budulcową jest mięsień sercowy (myocardium) oraz najbardziej wewnętrznie leżące wsierdzie (endocardium).
Leżące na podstawie komór struktury ścięgniste otaczające ujścia przedsionkowo – komorowe oraz ujście aorty i pień płucny, to szkielet serca. W jego skład wchodzą cztery pierścienie włókniste, dwa trójkąty włókniste oraz cześć błoniasta przegrody międzykomorowej.
Jamy serca to przedsionek prawy oraz lewy (atrium dextrum es sinistrum) oraz komora prawa i lewa (ventriculus dexter es sinster). Strukturą oddzielającą od siebie prawą oraz lewą część serca jest przegroda serca (septum cordis) składająca się z przegrody międzyprzedsionkowej oraz przegrody międzykomorowej.
Przy ujściach wielkich naczyń krwionośnych znajdują się odpowiednie zastawki – trójdzielna, dwudzielna, zastawka przy ujściu pnia płucnego oraz zastawka przy ujściu aorty. Pracę zastawek regulują mięśnie brodawkowate (struny ścięgniste).
Serce zaopatrywane jest w krew dzięki wyspecjalizowanym tętnicom wieńcowym, oplatającym jak wieniec całą powierzchnie serca. Są to naczynia które nie potrafią tworzyć obocznic, zatem każdy zator tętniczy w obrębie naczyń wieńcowych stwarza realne zagrożenie martwicy pewnej części serca i zawał.
Układ przewodzący serca (complexus stimulans cordis):
Układ bodźco–przewodzący serca generuje impulsy stanu czynnego w sercu. Odpowiada za automatyzm serca, przewodzi impulsy do poszczególnych komórek serca w sposób uporządkowany oraz zapewnia odpowiednią synchronizacje ruchów. Komórki układu są bogate w glikogen, mają dużo mitochondriów, co przenosi się na powolną depolaryzację spoczynkową. Są one szeroce niezależne od zewnętrznych czynników kontrolnych.
W skład układu wchodzą:
a) Węzeł zatokowo przedsionkowy (nodus sinuatrialis)
Znajduje się w górnej ścianie prawego przedsionka w okolicy zatoki żył głównych. Nadaje rytm zatokowy 60 – 80 /min
b) Węzeł przedsionkowo komorowy (nodus atriovenetricularis)
Znajduje się w dnie prawego przedsionka, bezpośrednio pod wsierdziem przy środkowym płatku zastawki trójdzielnej
Częstotliwość 30-50 /min
c) Pęczek Hissa
Częstotliwość 40 /min
d) Włókna Purkiniego
Częstotliwość 20 /min
W węźle zatokowo-przedsionkowym (zatokowym) znajdują się dwa rodzaje komórek – komórki P oraz komórki przejściowe T. Komórki P łączą się miedzy sobą oraz z komórkami T, nie mogą łączyć się z roboczymi włóknami przedsionka, natomiast komórki T posiadają taką zdolność. Za typowo rozrusznikowe uważamy komórki P.
Ponieważ jest pierwszym łańcuchem drogi pobudzenia mięśnia sercowego, oraz nadaje rytm, nazywamy go I rzędowym ośrodkiem bodźcotwórczym, ośrodkiem nomotropowym serca lub po prostu fizjologicznym rozrusznikiem serca.
Węzeł zatokowy jest połączony z węzłem przedsionkowo – komorowym trzema szlakami. Są to szlak międzywęzłowy przedni, przebiegający do przodu od żyły głównej górnej i docierający do górnej części węzła przedsionkowo-komorowego, szlak środkowy omijający od tyłu żyłę główną górną, biegnący także do górnej części węzła przedsionkowo-komorowego, oraz szlak tylny biegnący wzdłuż tylnej ściany prawego przedsionka, łączący się z węzłem przedsionkowo – komorowym w części tylno dolnej, lub całkowicie go omijający docierając bezpośrednio do Pęczka Hissa (włókna Jamesa).
Węzeł przedsionkowo-komorowy posiada 3 sfery – złącze, sferę węzłową oraz sferę węzłowo-pęczkową.
W złączu komórki mają mały ujemny potencjał spoczynkowy i brak powolnej spoczynkowej depolaryzacji.
W sferze węzłowej komórki posiadają powolną spoczynkową depolaryzację
Impulsy w węźle przedsionkowo-komorowym ulegają zwolnieniu – zahamowanie węzłowe.
W części dolnej węzła przedsionkowo-komorowego znajdują się komórki o właściwościach zbliżonych do włókien Purkiniego, które układają się w coraz to bardziej regularne słupy przechodząc bezpośrednio w pęczek Hissa. Struktura ta przenika włóknistą przegrodę międzykomorową a następnie rozszerza się i rozgałęzia, formując szeroką lewą odnogę, oraz wąską prawą odnogę.
Prawa odnoga jest przedłużeniem pęczka Hissa i w postaci długiej, pojedynczej wiązki przebiega wzdłuż prawej strony przegrody międzykomorowej i dociera do przedniej ściany prawej komory. U podstawy przednio przyśrodkowego mięśnia brodawkowatego rozprzestrzenia się w postaci delikatnego splotu włókien przewodzących.
Lewa odnoga rozgałęzia się promieniście tuz pod wsierdziem przegrody od strony lewej komory. Możemy wyodrębnić trzy wiązki – przednią (przedni mięsień brodawkowaty), tylną (tylny miesień brodawkowaty), wiązka przegrodowa (wzdłuż przegrody międzykomorowej).
Rozgałęzienia odnóg pęczka Hissa wewnątrz mięśnia sercowego to włókna Purkiniego. Końcowa ich część stanowi ostatni etap drogi pobudzenia w układzie przewodzącym serca i wpływa bezpośrednio na pracę włókien roboczych mięśnia sercowego.
Przyjęto umownie, że główne załamki zapisu elektrokardiograficznego nazywamy kolejno dużymi literami alfabetu P, Q, R, S, T, U. Każdy z nich odpowiada depolaryzacji, bądź też repolaryzacji określonego obszaru mięśnia sercowego.
Zmiany woltażu określane są w miliwoltach, a amplituda napięcia każdego z załamków odpowiada wartości prądu wytwarzanego podczas kolejnych ewolucji serca. Oś x krzywej elektrokardiograficznej jest funkcją czasu.
Załamek P jest graficznym odzwierciedleniem depolaryzacji roboczego mięśnia przedsionków. Repolaryzacja przedsionków zaczyna się w czasie trwania załamka S i kończy w początkowym obrębie odcinka ST.
W czasie depolaryzacji przedsionków napięcie dociera do węzła przedsionkowo komorowego. Powstający odcinek PQ odpowiada fali pobudzenia przechodzącego przez węzeł przedsionkowo komorowy, pęczek Hissa i jego odnogi aż do końcowych włókien Purkiniego.
Włókna Purkiniego są ostatnim etapem szlaku bodźco-przewodzącego serca, z którego pobudzenie jest już odbierane przez robocze mięśnie komór sercowych. Impuls powodujący depolaryzację komór wywołuje bardzo charakterystyczny skok napięć, który objawia się w zapisie EKG zespołem QRS. Obszar pobudzenia serca rozszerza się ze środkowej części przegrody na prawo i ku dołowi, obejmuje koniuszek serca, a następnie kieruje się wzdłuż wolnych ścian komór w kierunku podstawy serca. Z anatomicznych i fizjologicznych pobudek, wektory depolaryzacji lewej komory przewyższają pod względem czasu trwania i wielkości wektory odnoszące się do prawej komory serca.
Odcinek ST odpowiada okresowi powolnej repolaryzacji mięśnia komór, natomiast załamek T obrazuje szybką repolaryzację mięśnia komór.
Podczas analizy krzywej EKG bierzemy pod uwagę:
- załamki – kierunek oraz wielkość wychylenia linii izoelektrycznej w górę lub w dół, amplituda, czas trwania, częstotliwość, kształt
- odcinki – czas trwania linii izoelektrycznej pomiędzy załamkami
- odstępy – obejmujące łączny czas trwania załamków i odcinków
Badana wielkość
kamilofone