Електрография и електрограма. Анализ на електрограма
Методът за регистрация на потенциалите на електричното поле на повърхността на
тялото за изследване на работата на органите или тъканите, се нарича електрография.
Ако приложим два електрода към различни участъци от повърхността на тялото, то ще се регистрира
разлика на потенциалите. Зависимостта на измерената разлика на потенциалите от времето, възникваща при
функционирането на даден орган или тъкан се нарича електрограма. Чрез електрограмите се изследват механизмите
на функционално състояние на органите и тъканите в норма и при патология, като тяхната регистрация и анализ
са определено важен подход както за физиологичното изследване, а така и за диагностиката на заболяванията.
Названията на електрограмите показват на кои органи (или тъкани)
се извършва изследване на функционирането им, водещо до поява на регистрирани изменения
на разлика на потенциалите:
- сърце – ЕКГ (електрокардиограма)
- ретина на окото – ЕРГ (електроретинограма)
- главен мозък - ЕЕГ (електроенцефалограма)
- мускули – ЕМГ (електромиограма)
- кожа – КГР (кожно-галванична реакция)
- електроолфактограма - ЕОГ
Анализът на електрограмите включва разкриването на редица феноменологични и биофизични показатели:
-
Определяне на съществуване на изразени ритмични колебания на разлика на потенциалите с квазипостоянна честота и слабо изменяща се амплитуда.
-
Чрез тях се описва присъствието на отделни негативни и позитивни вълни (зъбци),
тяхното съчетание като двуфазна или трифазна вълна. Вълните на електрограмите
не са физично явление на разпространяване на колебанията на потенциала в пространството,
а наблюдавана картина на варирането на разликата на потенциалите във времето, която се регистрира
в дадено място на организма.
-
Измерват се времевите интервали между различните вълни на електрограмата.
-
Определя се съответния дял на различни честоти в електрограмата.
Един от използваните начини за това е пресмятането на спектъра на мощност.
-
Определят се статистическите показатели на електрограмите, отразяващи осреднените стойности
на колебанията на разликите на потенциалите, корелацията на електричната активност на клетките.

Регистрирането на конкретна електрограма чрез налагане на електроди върху определени
участъци на тялото се нарича отвеждане. Снемането на електрограми се извършва с използване
на два активни електрода или единият от тях се подбира като индиферентен. Той се разполага или
на голямо разстояние от органа по отношение на активния електрод или се подключва към няколко
точки от тялото, чиято сума на потенциалите е нула. За детайлното анализиране на биопотенциалите
на органа и неговото състояние обикновено се прилагат няколко системи на отвеждащи електроди.
Пространственото разпределение на биопотенциалите включва:
-
повърхности с еднакъв
потенциал (еквипотенциални повърхности) вътре в организма;
-
еквипотенциални линии на повърхноста
на тялото или органа;
-
зависимост от стойноста на биопотенциалите на органа от разстоянието до мястото
на отвеждане.
В електрографията съществуват две основни задачи при анализирането на електрограмите:
пряка задача – пресмятане на разпределението на електричния потенциал за дадена част от
повърхността на тялото чрез характеристики на еквивалентния генератор,
т.е. изясняване на механизма на възникване на електрограмата;
обратна задача – определяне на характеристиките на еквивалентния генератор
(изследвания орган) чрез измерените стойности на потенциалите върху повърхността на тялото,
т.е. изясняване на състоянието на органа по характера на електрограмите.
Обратната задача е основна задача на клиничната диагностика: измервайки и регистрирайки, например ЕКГ (или ЕЕГ), да
се определи съответното функционално състояние на сърцето (на мозъка).
Кратка история на електрокардиографията
В топлокръвните гръбначни животни движението на кръвта се
извършва основно за сметка на извършената работа от сърцето, чиято
непрекъсната активност се регулира както от нервната, така и от ендокринната
системи. При всяко съкращаване на сърцето, в него се наблюдават определени изменения на
електричния потенциал, който се разпространява по повърхността на тялото.
За първи път електричната картина на сърдечната дейност се отбелязва от Келикер (Kelliker)
и Мюлер (Mueller) (1856 г.), а точното измерване на електрокардиограма е осъществено по-късно от
Айнтхофен (Einthoven)(1903 г.) с помощта на струнен галванометър. По този начин се слага основата на
електрокардиографията – един от най-разпространените методи в клиничната медицина.
Електрокардиограмата отразява сумарните електрични явления в сърцето, които се проектират върху различни
части на тялото.
Тази проекция фактически отразява деполяризацията и реполяризацията на сърцето по време на
сърдечния цикъл и разпространяването на възбудната вълна, което се регистрира от тялото като обемен проводник.
Физични основи на електрокардиографията
Най-широко разпространение в медицинската практика има
изследването на електричната активност на сърцето – електрокардиографията.
Трябва да се отбележи, че не е възможно да се направи пълно
описание на електричното състояние на сърцето, математично описание на
мембранните потенциали за всяка клетка в целия обем на сърцето и описанието на тези потенциали във времето.
Ето защо, в съответствие с принципа на еквивалентния генератор, сърцето се заменя с еквивалентен токов генератор, който е с електрично поле, близко по свойства на електричното поле, което се създава от сърцето. По такъв начин във всички модели електричната активност на органите и тъканите може да се замени с действието
на съвкупност от такива токови електрични генератори, намиращи се в обемна електропроводяща среда.
За изчисляване на потенциалите на електричното поле, създавано от генератора на тока в
еднородна проводяща среда, генераторът може да се представи като токов електричен дипол,
т.е. като система от положителни и отрицателни полюси,
разположени на неголямо разстояние
един от друг. Най-важният параметър на токовия електричен дипол е електричният диполен момент
.
Модел на Айнтхофен
Изследвайки измененията на разликите на потенциалите върху повърхността
на човешкото тяло, може да се съди за проекциите на диполния момент на сърцето,
следователно, за биопотенциалите на сърцето.
Тази идея е в основата на модела на холандския учен Айнтхофен (Нобелов лауреат в 1924 год.),
който поставя основите на електрокардиографията.
Основните постулати на този модел на Айнтхофен са:
Електричното поле на сърцето може да се представи като електрично
поле на точков токов вектор с диполен момент
,
наричан Интегрален Електричен Вектор на Сърцето (ИЕВС) (сумиран от диполите
на различни части на сърцето:
-
ИЕВС се намира в еднородна изотропна проводяща среда, която са тъканите на организма.
Интегралният електричен вектор на сърцето
се изменя по стойност и посока.
Началото на вектора е неподвижно и се намира в атриовентрикуларния възел,
а краят му описва сложна пространствена крива, проекцията, на която върху
фронталната плоскост образува три примки (в норма) за пълен цикъл на сърдечна дейност: P, QRS и T
(означават се по приетия международен стандарт съответно с буквите P. Q, R, S, T).
Фиг. Конфигурация на динамиката на ИЕВ на сърцето и неговите проекции при един пълен работен цикъл.
Тези примки са разделени с интервали от нулевия потенциал и разликата на потенциалите в различните отдели на нервно-мускулния
апарат на сърцето и взаимно се компенсират, като резултантната разлика на потенциалите на сърцето като цяло е равна на нула.
При това, в различни точки на гръдната клетка на човека в даден момент от време
ще възникват електрични потенциали, различни по стойност и знак. В следващия момент
от време разпределението на тези потенциали върху повърхността на тялото се изменя.
Фиг. Разпределение (карта) на електричните
потенциали
върху повърхността на тялото при формиране на комплекса QRS.
Приблизително 2/3 от картата на разпределението на потенциалите съответства
на гръдната повърхност, а останалата част – в дясно на гърба. Разпределението
на потенциалите е показано за даден момент от време, отбелязан с чертичка
в комплекса QRS, който е основно сравнителен за електрокардиограмата.
С плътни линии са отбелязани изопотенциалните криви за положителните
потенциали, а с прекъснати – за отрицателните. Стойностите на най-големия и
най-малъкия потенциали, които се наблюдават в даден момент от време са дадени под
картата, а положенията на максимума и минимума са отбелязани на картата с големи
знаци “+” и “-“. Възникването на такова разпределение може да се обясни, приемайки
че областите с отрицателен потенциал се проектират върху тези участъци на стената на
сърдечните камери, които са вече възбудени, а положителните потенциали – върху участъците
на стената, където продължава да се разпространява възбуждане.
Измененията на големината и посоката на вектора
за един цикъл на
съкращаване на сърцето се обяснява с последователността на разпространение на
вълните на възбуждане по органа:
вълната започва да се разпространява от синусовия възел по предсърдията (примка P),
следва атриовентрикуларния възел, по крачетата на снопа на Хис към върха на сърцето
и по-нататък обхваща съкратителните структури към базалните части (комплекса QRS).
Примката T съответства на фазата на реполяризация на кардиомиоцитите.
Фиг. Електрофизиология на сърцето.
Показани са различните вълни на всички специализирани клетки в сърцето.
Времевите интервали са близки до тези, които обикновено се наблюдават при здраво сърце.
Айнтхофен е предложил да се измерва разликата на потенциалите между две от трите точки,
които са върхове
на равностранния триъгълник, в центъра, на който се намира началото на ИЕВС.
Фиг. Схема на регистрация на комплекса QRS
на електрокардиограма с три стандартни
отвеждания. Проекция на ИЕВС (отбелязан със стрелка) в различни времена на камерния
комплекс на сърцето върху стените на триъгълника
на стандартните отвеждания от крайниците в ЕКГ (по Айнтхофен).
Знаците “+” и “-“ съответстват на знаците на осите на ЕКГ в съответните отвеждания.
Трябва да се отбележи, че моделът на Айнтхофен не е строго определен. Той допуска и редица условия:
Организмът не е еднородна електропроводяща среда. Кръвта, лимфата, съдовете,
мускулите и другите тъкани имат различни биологични структурираности, метаболитни
активности, което определя различни относителни проводимости. Освен това проводимоста
се изменя във времето, например, при вдишване и издишване.
Векторът
, въртейки се, създава сложна обемна фигура, а не проекция
само върху една плоскост, а началото на вектора може и да се отмества.
-
Не е възможно точно да се опишат измененията на вектора
на сърцето само с
изменение на момента на един точков дипол.
Обаче медицинската практика показва, че тези недостатъци не са толкова съществени. Моделът на Айнтхофен успешно продължава да се използва в електрокардиографията.
По този начин електрокардиографията се основава върху теорията на Айнтхофен, която дава възможност да се получи информация за биопотенциалите на сърцето по косвен път,
чрез измерване на потенциалите в определени точки на човешкото тяло.
Електрокардиограма
Електрокардиограма – това е графиката на времевата зависимост на разликите
на потенциалите в съответствие с отвеждането им,
а това означава и времева зависимост на проекцията на ИЕВС върху линията на отвеждане. (Интегрален Електричен Вектор на Сърцето
- резултантната на всички дадени
потенциални разлики за определен интервал от време.)
В електрокардиографията се измерва разликата на потенциалите
между лява ръка (ЛР) и дясна ръка (ДР) – І отвеждане, между ляв крак (ЛК) и дясна ръка (ДР) – ІІ отвеждане, между ляв крак (ЛК) и лява ръка (ЛР) –ІІІ отвеждане. Ръцете и краката (крайниците) се разглеждат като проводници,
отвеждащи потенциалите от върховете на триъгълника на Айнтхофен.
Електрокардиограмата е сложна крива със съответните примки, пет зъбци: P, Q, R, S, T и
три интервала на нулевия потенциал. За всеки един избран момент от време, посоката и модулът на ИЕВС има определена стойност, но проекциите на този вектор в трите отвеждания са различни.
Ето защо в І, ІІ и ІІІ отвеждания на ЕКГ се регистрират различни амплитуди и конфигурации на едноименните зъбци.
Мускулното съкращение (скъсяване, контракция, систола) и
отпускане (релаксация, преминаване в покой, диастола) на сърцето се предшестват от
спонтанно електрическо активиране (деполяризация) и дезактивиране (реполяризация),
които създават протичане на биоелектрически ток и електрическо поле в и около сърцето,
достигащо до повърхността на тялото. Електрокардиографията е метод за регистрация на промените
на електрическа активност (потенциали) на сърцето, който дава много важна информация за диагнозата на
сърдечния ритъм и проводимост, и състоянието на миокарда.
ЕлектроКардиоГрамата (ЕКГ) е визуализация и
запис върху равномерно движеща се хартия или на ЕКГ монитор на променящите се потенциали на
електрическото поле, генерирано от сърцето, през време на неговото електрическо активиране и дезактивиране (деполяризация и реполяризация).
Фиг. Електрокардиограма