Стандартные отведения от конечностей - I, II, III. Эйнтховен, Виллем: биография Факторы, влияющие на ЭКГ

Физические основы электрокардиографии

Физические основы ЭКГ заключаются в создании модели электрического генератора, который создавал бы разность потенциалов, соответствующую по величине разности потенциалов между какими-то точками на поверхности тела, созданной сердцем как источником электрического поля.

Голландский ученый Эйнтховен предложил теорию ЭКГ, которая используется в медицине по настоящее время (за цикл работ по ЭКГ Эйнтховен в 1924 г удостоен Нобелевской премии).

Основные положения теории Эйнтховена:

1. Электрическое поле, созданное сердцем можно представить как поле, созданное токовым диполем с электрическим моментом токового диполя т, называемого в электрокардиографии интегральным электрическим вектором сердца (ИЭВС) - с.

2. ИЭВС с находится в однородной проводящей среде.

3. ИЭВС с за цикл работы сердца изменяется по величине и по направлению, причем его начало неподвижно и находится в атриовентрикулярном узле, а конец с описывает в пространстве сложную кривую, проекция которой на плоскости (например, фронтальную) в норме имеет 3 петли: Р , QRS и Т (рис.4).

Рисунок 4. Проекции ИЭВС ( с) на стороны равностороннего треугольника (на линии отведений) по теории Эйнтховена для ЭКГ

Эйнтховен предложил проектировать петли (проекции с на фронтальную плоскость) на стороны равностороннего треугольника (рис.4) и регистрировать разность потенциалов между двумя из трех точек равностороннего треугольника (называемого треугольником Эйнтховена) относительно общей точки (общий электрод подключается к правой ноге - ПН). В треугольнике находится с и конец этого вектора за цикл работы сердца описывает петли Р, QRS и Т (рис.4). Направление с, при котором значение | с | - максимально (максимальное значение зубца “R ”), называют электрической осью сердца.

Вершины треугольника условно обозначают ПР (правая рука), ЛР (левая рука), ЛН (левая нога), общая точка ПН (права нога). Стороны треугольника называют линиями отведения .

Регистрация разности потенциалов между вершинами треугольника называют регистрацией ЭКГ в стандартных отведениях: I (первое) отведение – разность потенциалов между вершинами ПР и ЛР относительно ПН, II (второе) отведение – ПР-ЛН, III (третье) отведение – ЛР-ЛН (рис. 4). Существует дополнительный электрод Г – грудные отведения V (грудной электрод фиксирует в нескольких точках на поверхности груди, получая соответственно несколько грудных ЭКГ).

Электроды при снятии ЭКГ фиксируют не в вершинах равностороннего треугольника, а в эквипотенциальных им точках - обычно в нижних частях соответственно правой руки, левой руки, левой ноги, правой ноги (общий электрод).

Примерный вид графической регистрации разности потенциалов II-го отведения показан на рис.5 (L 1 – период сердечных сокращений). Зубец “Р ” соответствует проекции петли “Р” на II-е отведение, Q – петли Q, R – петли R, S – петли S, Т – петли Т .

Рисунок 5. Зубцы ЭКГ: P, Q, R, S, T

Физиологический смысл зубцов ЭКГ:

Зубец “Р ” отражает возбуждение предсердий.

Зубец “Q” – деполяризация межжелудочковой перегородки (на многих отведениях отсутствует).

Зубец “R ” – деполяризация верхушки, передней, задней и боковой стенки желудочков сердца.

Зубец “S ” – возбуждение основания желудочков сердца.

Зубец “Т ” – реполяризация желудочков сердца.

Интервал “P-Q ” – деполяризация предсердий.

Интервал “Q-T ” – систола желудочков.

Интервал комплекса “QRS ” – деполяризация желудочков.

Интервал “Т-Р ” – состояние “покоя” миокарда.

Записанную на бумаге Dj(t) в каком-либо отведении называют электрокардиограммой , а метод регистрации – электрокардиографией.

Если разность потенциалов подать на вертикально отклоняющие пластины осциллографа, то на экране получим кривую, аналогичную рис.5. Метод называется электрокардиоскопией.

Метод регистрации петель P, QRS, T (рис. 4) путем записи их на бумаге называется векторкардиографией.

Если подать разность потенциалов с одного отведения на вертикально отклоняющие пластины, а с другого – на горизонтально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (осциллографа), то при сложении взаимно перпендикулярных колебаний ЭКГ на экране получатся петли Р, QRS, Т, аналогичные петлям, изображенным на рис.4. Такой метод регистрации называется векторкардиоскопией .

Регистрация ЭКГ в каком-либо отведении дает только часть информации о пространственной кривой, описываемой концом с за цикл работы сердца. Поэтому для получения более полной информации о функционировании сердца используют, кроме стандартных отведений (рис.6), другие отведения, в том числе:

Отведение грудного электрода с каждым из стандартных, обозначаемых соответственно CR, CL, CF - (рис.6а);

Однополюсные отведения, которые образуются одним из стандартных электродов и средней точкой, полученной путем соединения трех стандартных электродов, каждого последовательно с высокоомным резистором. Наиболее распространено из них грудное (рис.6б);

Усиленные отведения – модификация однополюсных, образуемых одним из стандартных электродов и средней точкой, полученной соединением через высокоомный резистор двух других стандартных электродов. Усиленные отведения обозначают как aVR, aVL, aVF (рис. 6 в, г, д).

Рисунок 6. I-е II-е III-е стандартные отведения

Рисунок 6а и 6б. Грудные отведения

Рисунок 6в, 6г и 6д. Усиленные отведения

Рассмотренные ранее электрические явления, происходящие постоянно в работающей сердечной мышце, создают электрическое поле. Электрические потенциалы такого поля можно регистрировать при помощи электродов гальванометра, подключив два полюса: положительный и отрицательный. При электрокардиографическом исследовании электроды накладывают на определенные точки человеческого тела. Электроды соединены с гальванометром, который входит в состав электрокардиографа. Соединение двух точек тела, имеющих разные потенциалы, называется электрокардиографическим отведением .

Стандартные отведения

Эйнтховеном для записи ЭКГ были предложены 3 отведения, которые впоследствии получили название стандартных двухполюсных отведений или просто стандартных отведений .

Эйнтховен предположил, что сердце - это точечный источник электрического тока, находящийся в центре равностороннего треугольника (), образованного двумя руками и левой ногой.

• I стандартное отведение: правая рука (отрицательный полюс) - левая рука (положительный полюс);
• II стандартное отведение: правая рука (отрицательный полюс) - левая нога (положительный полюс);
• III стандартное отведение: левая рука (отрицательный полюс) - левая нога (положительный полюс).

I отведение измеряет разность потенциалов между правой и левой рукой - регистрация положительного импульса происходит, если суммарный вектор направлен к левой руке.

II отведение измеряет разность потенциалов между правой рукой и левой ногой - регистрация положительного импульса происходит, если суммарный вектор направлен к левой ноге.

III отведение измеряет разность потенциалов между левой рукой и левой ногой - регистрация положительного импульса происходит, если суммарный вектор направлен к левой ноге.

При патологиях в этих направлениях регистрируются отрицательные сигналы, поскольку вектор имеет другое направление.

Практической кардиографией установлено, что при преобладании потенциалов левой части сердца суммарный вектор возбуждения направлен к левой руке. И, наоборот, при преобладании потенциалов правой части сердца - вектор направлен к левой ноге. Это позволяет диагностировать гипертрофию левого желудочка и предсердия при высоких положительных зубцах ЭКГ в первом отведении; гипертрофию правого желудочка и предсердия при высоких положительных зубцах ЭКГ в третьем отведении.

Сердце расположено в центре генерируемого электрического поля, схематично ограниченного осями отведений. Если опустить перпендикуляры от сердца к оси каждого стандартного отведения, то они разделят ось каждого отведения на две равные части - положительную и отрицательную, как показано на рисунке. Если ЭДС сердца проецируется на положительную часть осей стандартных отведений, то кардиограф регистрирует положительный зубец в этих отведениях. И, наоборот, если ЭДС сердца проецируется на отрицательную часть осей - кардиограф регистрирует отрицательный зубец в этих отведениях.

Если спроецировать оси стандартных отведений (стороны треугольника) непосредственно на сердце, расположенное в центре треугольника Эйнтховена, - то получится .

ВНИМАНИЕ! Информация, представленная сайте сайт носит справочный характер. Администрация сайта не несет ответственности за возможные негативные последствия в случае приема каких-либо лекарств или процедур без назначения врача!

На рисунке показана электрическая связь между конечностями пациента и электрокардиографом, необходимая для регистрации так называемых стандартных двуполюсных отведений от конечностей. Термин «двуполюсное отведение» означает, что электрокардиограмма регистрируется с помощью двух электродов, расположенных по обе стороны от сердца, например на конечностях. Следовательно, отведением не может быть один-единственный электрод и провод, соединяющий его с электрокардиографом. Отведением является сочетание двух электродов, провода от которых идут к прибору. В этом случае образуется полный замкнутый контур, включающий тело пациента и электрокардиограф. На рисунке в каждом отведении представлен простой электроизмерительный прибор, хотя на самом деле электрокардиограф является высокочувствительным аппаратом, снабженным лентопротяжным механизмом.

Стандартное отведение I . Для регистрации стандартного отведения I отрицательный вход электрокардиографа соединен с правой рукой, а положительный вход - с левой рукой. Таким образом, когда точка прикрепления правой руки к грудной клетке становится электроотрицательной по сравнению с точкой прикрепления левой руки, электрокардиограф регистрирует отклонение в положительную сторону, т.е. выше нулевой (изоэлектрической) линии. И наоборот, когда точка прикрепления правой руки к грудной клетке становится электроположительной по сравнению с точкой прикрепления левой руки, электрокардиограф регистрирует отклонение в отрицательную сторону, т.е. ниже нулевой линии.

Стандартное отведение II . Для регистрации стандартного отведения II отрицательный вход электрокардиографа соединен с правой рукой, а положительный вход- с левой ногой. Следовательно, когда правая рука оказывается электроотрицательной по сравнению с левой ногой, электрокардиограф регистрирует положительное отклонение от нулевой линии.

Стандартное отведение III . Для регистрации стандартного отведения III отрицательный вход электрокардиографа соединен с левой рукой, а положительный вход - елевой ногой. Следовательно, электрокардиограф регистрирует положительное отклонение, если левая рука оказывается электроотрицательной по сравнению с левой ногой.

Треугольник Эйнтховена . На рисунке вокруг местоположения сердца изображен треугольник, который называют треугольником Эйнтховена. Эта схема показывает, что обе руки и левая нога образуют вершины треугольника, окружающего сердце. Две вершины в верхней части треугольника представляют собой точки, откуда электрические токи по электропроводящим средам организма распространяются к верхним конечностям. Нижняя вершина - это точка, откуда идет распространение токов к левой ноге.

Закон Эйнтховена . Закон Эйнтховена гласит: если в данный момент известна величина электрических потенциалов в двух стандартных отведениях из трех, то величину потенциалов третьего отведения можно определить математически, путем простого сложения первых двух (При сложении необходимо учитывать знаки «плюс» и «минус».)

Например, предположим, что в данный момент потенциал правой руки -0,2 мВ (отрицательный), потенциал левой руки +0,3 мВ (положительный), а потенциал левой ноги +1,0 мВ (положительный). Учитывая показания измерительных приборов, можно видеть, что в отведении I в данный момент регистрируется положительный потенциал +0,5 мВ, т.к. это и есть разница между -0,2 мВ правой руки и +0,3 мВ левой руки. В отведении III регистрируется положительный потенциал +0,7 мВ, а во отведении II - положительный потенциал +1,2 мВ, т.к. это и есть моментная разность потенциалов между соответствующими парами конечностей.

Обратите внимание, что сумма потенциалов отведений I и III равна величине потенциала, зарегистрированного в отведении II (т.е. 0,5 плюс 0,7 равно 1,2). Этот математический принцип, названный законом Эйнтховена, справедлив в любой данный момент регистрации трех стандартных двуполюсных отведений электрокардиограммы.

Вернуться в оглавление раздела " "

В 2002 г. опубликовал редакционную статью «10 величайших открытий в кардиологии XX века». Среди них были и ангиопластика, и открытая операция на сердце. Однако, бесспорно, первым методом в этом списке стоит электрокардиография, а рядом - фамилия голландца Виллема Эйнтховена, создателя первого распространенного метода инструментальной неинвазивной диагностики, с которым сталкивался каждый из нас. Нобелевский комитет по достоинству оценил изобретение и с формулировкой «за открытие техники электрокардиографии» вручил Эйнтховену премию.

Рисунок 1. Огастес Дезире Уоллер и его собака Джимми.

Если быть совсем точными, то, конечно, первую в истории электрокардиограмму (ЭКГ) снял не Эйнтховен. Но рейтинг Texas Heart Institute Journal всё же справедлив - по ней было абсолютно ничего не понятно. И «голландцем» нашего героя назвать можно, но можно и по-другому. Однако все по порядку.

Если рассуждать по принципу «государство N - родина слонов», Резерфорд , к примеру, окажется первым новозеландским нобелевским лауреатом, а Виллем Эйнтховен - первым нобелиатом Индонезии. Потому что родился он на острове Ява, в городе Семаранг, ныне - пятом по величине городе Индонезии. Тогда это была Голландская Ост-Индия , о государстве Индонезия никто не слышал, ведь до признания ее независимости оставалось более 80 лет.

С происхождением у Эйнтховена тоже все замысловато: он потомок изгнанных из Испании евреев. Фамилия появилась при Наполеоне, который в своем Кодексе указал, чтобы все граждане его империи, куда входила Голландия, имели фамилии. Двоюродный дед Эйнтховена выбрал немного искаженное название города, где он жил (надеюсь, не нужно упоминать, какого).

Отцом будущего нобелиата был военный врач, Якоб Эйнтховен, который, к сожалению, не смог обеспечить собственное здоровье. В 1866 г. он умер от инсульта, и через четыре года (Виллему тогда было уже 10) его семья перебралась в Утрехт. Разумеется, большого достатка в семье не было - его мать осталась одна с тремя детьми. Виллем решил пойти по стопам отца - отчасти по призванию (медицина), отчасти - по нужде. Дело в том, что заключив военный контракт, он смог обучаться на медицинском факультете Утрехтского университета бесплатно.

В студенческие годы Виллем был очень спортивным человеком, регулярно заявлял, что и в учебе нужно «не дать погибнуть телу», был прекрасным фехтовальщиком и гребцом (последнее - опять же вынужденно, поскольку сломал запястье и занялся греблей для восстановления функциональности кисти). Да и первая работа Эйнтховена по медицине была посвящена механизму работы локтевого сустава, одинаково важного как гребцу, так и фехтовальщику. В этой работе, пожалуй, уже проявилась двойственность таланта Эйнтховена: прекрасное знание анатомии и физиологии и интерес к физическим принципам работы человеческого организма. В данном случае - механике. А ведь дальше были работы и по оптике, и, разумеется, по электричеству.

Рисунок 2. Капиллярный электрометр Липпманна.

Дальше нашему герою очень повезло. Правда, при этом не повезло профессору физиологии Лейденского университета Адриану Хейнсиусу: он умер. А юному Эйнтховену, четверти века от роду, вместо службы в медицинском корпусе досталось профессорское место в не самом последнем европейском университете. Это случилось в 1886 г., и с тех пор более 41 года Эйнтховен работал в Лейдене - до самой своей смерти в 1927 г.

Активно занимался Эйнтховен и офтальмологией - его докторская диссертация называлась «Стереоскопия посредством дифференцировки цветов». Позже вышли очень интересные работы «Простое физиологическое объяснение различных геометрико-оптических иллюзий», «Аккомодация человеческого глаза» и другие. Впрочем, больше всего времени молодой исследователь занимался физиологией дыхания. В том числе и работой нервных импульсов в механизме контроля дыхания.

Но тут подоспел Первый Международный конгресс по физиологии - важнейшее событие в мировой медицине (Базель, 1889 г.). Там и произошла эпохальная встреча с Огастесом Уоллером (рис. 1), который первым в мире показал, что можно снять запись электрических импульсов сердца, не вскрывая тело живого организма (1887 г.) . То, что само тело человека может производить электричество, было очень новой мыслью в физиологии.

В Базеле Уоллер показывал свою работу при помощи собственного пса Джимми. Именно Уоллера нужно называть (и называют) первооткрывателем ЭКГ.

Правда, надо сказать, что кардиограммы у Уоллера были ужасные. Он регистрировал импульсы при помощи капиллярного электрометра (кстати, разработанного нобелевским лауреатом по физике 1908 года и одним из изобретателей цветной фотографии Габриэлем Липпманном) (рис. 2).

Рисунок 3. Струнный гальванометр Эйнтховена.

Рисунок 5. Треугольник Эйнтховена.

В этом приборе электрические импульсы от сердца попадали на капилляр с ртутью, уровень которой менялся в зависимости от силы тока. Но сама по себе ртуть меняла положение не мгновенно, а обладала некоей инерцией (ртуть ведь очень тяжелая жидкость). В результате получалась каша. Более того, записать импульсы сердца - это интересная задача, но тут любой ученый должен уметь отвечать на самый главный вопрос - «и что?»

Пять лет (с 1890 по 1895 гг.) Эйнтховен занимался усовершенствованием технологии капиллярной электрометрии и попутно создал нормальный математический аппарат обработки «каши». Что-то начало получаться, но все равно прибор был ненадежным, неточным и громоздким. Однако нельзя сказать, что эти годы прошли зря: в 1893 г. на заседании Нидерландской медицинской ассоциации из уст Эйнтховена впервые официально прозвучал термин «электрокардиограмма» .

Однако нормальной кардиограммы получить капиллярным методом не удалось. И в 1901 году Виллем Эйнтховен сделал собственный прибор - струнный гальванометр , а первую статью о том, что на нем записана кардиограмма, он опубликовал в 1903 г. (издание датировано 1902 г. ).

Его главной частью была кварцевая струна - ниточка из кварца толщиной в 7 микрон (рис. 3). Она делалась весьма оригинальным способом: стрела, к которой было прикреплено кварцевое разогретое волокно, выстреливалась из лука (от себя добавим, что таким же способом 20 лет спустя в свежесозданном ленинградском Физтехе молодые исследователи Николай Семенов и Петр Капица получали сверхтонкие капилляры). Эта нить при попадании на нее электрических импульсов отклонялась в постоянном магнитном поле. Чтобы фиксировать отклонение нити, параллельно ей во время измерений двигалась фотобумага, на которую при помощи системы линз проецировалась тень от нити (рис. 4).

Рисунок 6. Зубцы и интервалы кардиограммы.

Интересно, как на первые кардиограммы наносилась временная координатная сетка (сейчас бумага для кардиограмм сразу содержит сетку, но у Эйнтховена-то была фотобумага!). Сетка наносилась при помощи теней от спиц велосипедного колеса, вращавшегося с постоянной скоростью.

Голландец недолго прожил в лауреатах - через два года после своей нобелевской лекции он умер от рака желудка. Печальнее всего, что, несмотря на открытость своей лаборатории (в ней часто бывали гости), ни учеников, ни научной школы после Эйнтховена не осталось. А вот лаборатория Эйнтховена есть: его именем названа лаборатория экспериментальной сосудистой медицины в его родном Лейдене (Лейденский университетский медицинский центр, LUMC).

И еще одно любопытное наблюдение. Статья про Эйнтховена в русскоязычной Википедии гораздо подробнее и длиннее, чем статья в англоязычной , и более того, входит в число «хороших» статей (свидетельствую - хороша!). Удивительный факт, но у открывателя кардиограммы есть свои русскоязычные поклонники. Впрочем, теперь их стало минимум на одного больше.

Литература

1. Mehta N.J., Khan I.A. (2002). Cardiology’s 10 greatest discoveries of the 20th century. Tex. Heart Inst. J. 29 , 164–71 ;
2. Waller A. D. (1887). A demonstration on man of electromotive changes accompanying the heart’s beat . J. Physiol . 8 , 229–234 ;
3. Einthoven W. (1901). Un nouveau galvanomètre. Archives néerlandaises des sciences exactes et naturelles. ». Сайт политехнического музея..

Основываясь на выше изложенных принципах и с целью стандартизации электрокардиологических измерений у разных людей В.Эйнтховен в 1903г.предложил считать, что начало электрического вектора сердца расположено в центре равностороннего треугольника, вершины которого расположены на медиальных поверхностях нижней трети левого (ЛР) и правого (ПР) предплечья и голени левой ноги (ЛН)

Таким образом выполняется два условия при котором сердце равноудалено от точек регистрации разности потенциалов. С другой стороны фиксированные точки на поверхности организма между которыми

измеряется разность потенциалов удалены далеко от вектора сердца r >> l, то есть диполь сердца является точечным. Внутри треугольника Эйнтховена можно изобразить три петли P,QRS,T, которые описывают мгновенные направления электрического вектора сердца за один кардиоцикл во фронтальной плоскости организма.(Рис.15)

Все петли имеют общую точку, которую называют электрическим центром сердца и располагают ее в центре треугольника.

Разность потенциалов, измеряется между каждой парой вершин треугольника, должна быть равна проекции последовательных мгновенных значений вектора сердца трех петель P,QRS,T.

Отведения, зарегистрированные от каждой пары вершин треугольника Эйнтховена, получили названия стандартных отведений.

Стандартных отведений три, обозначаются они римскими цифрами I,II,III.

В каждую вершину треугольника, расположенную на медиальной поверхности нижней трети предплечий правой руки (ПР), левой руки (ЛР) и голени левой ноги (ЛН) помещают металлические пластинки определенного размера – электроды. Их соединяют

наконечниками через кабель отведения с регистрирующей системой электрокардиографа, клемы которого имеют знаки

«+» и « - ». Для практических целей используется цветовая и буквенная маркировка наконечников кабеля отведений.

Правая рука, ПР – R (right) – красный.

Левая рука, ЛР – L (left) – желтый.

Левая нога, ЛН – F (foot) – зеленый.

Правая нога, ПН – N – черный.

Грудной электрод, С – белый.

Первое стандартное отведение – I - регистрируется между левой рукой (ЛР) и правой рукой (ПР), причем ЛР - + «плюс», а ПР - - «минус». Вектор отведения направлен от ПР к ЛР по стороне треугольника Эйнтховена.

Второе стандартное отведение – II – регистрируется между правой рукой (ПР) и левой ногой (ЛН), причем ПР - - «минус», а ЛН - + «плюс». Вектор отведения, направлен от ПР к ЛН по стороне треугольника Эйнтховена.

Третье стандартное отведение – III - регистрируется между левой ногой (ЛН) и левой рукой (ЛР), причем ЛН - + «плюс», а ЛР - - «минус». Вектор отведения направлен от ЛР к ЛН по стороне треугольника Эйнтховена.

Стандартные отведения являются двухполюсными, так как каждый электрод является активным, то есть воспринимают потенциалы соответствующих точек тела.

Усиленные однополюсные отведения от конечностей .

В 1942 году Е.Гольдберг предложил ввести три усиленных однополюсных отведения от конечностей.

Эти отведения являются однополюсными и формируются из стандартных.(Рис.17)

Если через большое сопротивление (200 – 300 Ом) соединить два проводника, идущих от двух стандартных точек, то потенциал, таким образом образованного полюса, будет приблизительно равным нулю.

Потенциал же третьей конечности будет не равным нулю. Электрод на этой конечности будут являться активным. К активной точке подключают «плюс» измерительного прибора, а «минус» к общей точке двух других стандартных точек. Таким образом, получают усиленное однополюсное отведение.