Задачи исследования электрических полей в организме

Лабораторная работа №10

Электрокардиография

Студент должен знать: Диполь, электрическое поле диполя (с выводом формулы для разности потенциалов поля диполя). Понятие о биопотенциалах действия. Теорию электрокардиографии, треугольник Эйнтховена. Отведения при электрокардиографии. Структурную схему ЭКГ. Понятие о векторкардиоскопии и векторкардиографии. Методы повышения помехоустойчивости при снятии ЭКГ, дифференциальный усилитель. Назначение и сущность проверок правильности функционирования ЭКГ.

Студент должен уметь: Подготовить ЭКГ к работе. Выполнять некоторые проверки правильности функционирования ЭКГ, накладывать электроды и производить запись ЭКГ. Определять амплитуду и длительность зубцов ЭКГ, частоту сердечных сокращений по записанной электрокардиограмме.

Краткая теория

Задачи исследования электрических полей в организме

Биопотенциалы, созданные зарядами (токовыми диполями) клеток ткани, органа, суммируются и создают общую разность потенциалов между какими-либо точками внутри или на поверхности тела, или вне организма.

Метод исследования органов или тканей, основанный на изучении изменений во времени характеристик созданных ими электрических полей, называется электрографией. Зависимость от времени разности потенциалов Dj=f(t) или напряженности электрического поля Е=F(t) называется электрограммой.

Метод регистрации разности потенциалов электрического поля, созданного сердцем, называется электрокардиографией (ЭКГ), головным мозгом - электроэнцефалографией (ЭЭГ), нервными стволами или мышцами - электромиографией (ЭМГ), сетчаткой глаза - электроретинографией (ЭРГ), кожей - кожногальванические реакции (КГР) и другие.

В электрокардиографии исследуются 2 основные задачи:

1. Выяснение механизма возникновения электрокардиограммы (прямая задача).

2. Выявление состояния организма по электрокардиограмме (обратная задача).

В курсе медбиофизики изучается прямая задача.

Физические основы электрокардиографии

Теория Эйнтховена для ЭКГ

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 _снаходится 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.1).

Эйнтховен предложил проектировать петли (проекции _с на фронтальную плоскость) на стороны равностороннего треугольника (рис.1) 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.1). Направление _с, при котором значение | _с| - максимально (максимальное значение зубца “R”), называют электрической осью сердца.

Рис. 1.

Проекции ИЭВС ( с ) на стороны равностороннего треугольника

(на линии отведений) по теории Эйнтховена для ЭКГ

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 3). 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.2 (L₁ – 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.

Рис. 2.

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.2. Метод называется электрокардиоскопией.

Метод регистрации петель P, QRS, T (рис. 1) 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.1. 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.3), другие отведения, в том числе:

- отведение грудного электрода с каждым из стандартных, обозначаемых соответственно CR, CL, CF - (рис.3а);

- однополюсные отведения, которые образуются одним из стандартных электродов со средней точкой, полученной путем соединения трех стандартных электродов, каждого последовательно с высокоомным резистором. Наиболее распространено из них – грудное (рис.3б);

- 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. 3 в, г, д).

ПР

III

Рис. 3.

Использование ЭВМ

Рис. 5.

Противофазные входные сигналы ЭКГ - рис.5а

Выходной усиленный сигнал ЭКГ – рис.5б

Реально в электрокардиографах полезный сигнал должен усиливаться не менее как в 10000 раз больше, чем синфазная помеха.

Степень подавления синфазных помех ЭКГ характеризуется коэффициентом подавления синфазных помех М_сф=К_ДУ/К_{ДУ помех}, показывающим во сколько раз ДУ усиливает больше полезный сигнал, чем синфазную помеху.

Для ЭКГ необходимо обеспечить значение величины М_сф ³ 10000.

Рис. 6.

Синфазная помеха

Порядок выполнения работы

(на электрокардиографе ЭК1Т-04М)

При работе с прибором экономьте ленту, кратковременно включая " запись". Электрокардиограф должен быть заземлен. Записанные сигналы наклейте в отчет по лабораторной работе.

Упражнение №1. Проверка правильности записи калибровочного сигнала 1мВ

При расшифровке ЭКГ амплитуда зубцов находится путем сравнения с амплитудой записанного калибровочного импульса 1мВ. При неисправности калибровочного устройства, формирующего сигнал в 1 мВ, при расшифровке ЭКГ неверно будет определена амплитуда записанных зубцов электрокардиограммы. Поэтому и необходима периодическая проверка правильности записи калибровочного сигнала 1 мВ.

Выполнение упражнения

1. Переключатель отведений поставьте в положение " К", вилку прибора подключите к сети и нажмите на приборе кнопку " ВКЛ" , при этом перо прибора для тепловой записи начнет нагреваться (в процессе работы с прибором не трогайте перо руками или какими-то предметами).

2. Нажмите кнопки: " 25 мм/с" , " 2: 1" (чувствительность прибора при этом 20 мм/мВ) и затем ручкой " ↕ " сместите перо на 10 мм ниже середины ленты.

3. Нажмите кнопку " запись", дождитесь движения ленты, а затем частыми и кратковременными нажатиями кнопки 1 мВ запишите 4-5 импульсов и нажатием кнопки " запись" остановите лентопротяжный механизм.

Амплитуда записанных импульсов должна быть в пределах: 20 ± 1мм. Сделайте вывод об исправности (правильности записи) калибровочного устройства 1 мВ.

Упражнение №2. Проверка линейности записи

Проверка линейности записи производится с целью выявления возможных амплитудных искажений в записи ЭКГ на различных участках ленты: вверху, в середине, внизу.

1. Ручкой " ↕ " сместите перо на 10 мм выше середины ленты, кнопки " 2: 1", " 1: 2" поставьте в отжатое положение (чувствительность 10 мм/мВ).

2. Нажмите кнопку " запись" и, записав нажатием кнопки " 1мВ" 2-3 импульса, остановите лентопротяжный механизм, нажав кнопку " запись" .

3. Произведите аналогично запись импульсов, сместив перо сначала в середину ленты, а затем в нижнюю ее часть на 15 мм ниже середины ленты.

Амплитудные искажения считаются допустимыми, если амплитуды записанных импульсов отличаются друг от друга не более чем на 1 мм. Сделайте вывод.

Упражнение №3. Проверка постоянной времени прибора

Проверка постоянной времени прибора производится с целью выявления возможных искажений в форме записанных импульсов (на примере интегрирующей и дифференцирующейцепей Вы при выполнении работы " мультивибраторы и электростимуляторы" убедились или убедитесь в изменении формы импульсов с помощью RC-цепей, которые присутствуют и в схеме электрокардиографа).

1. Нажмите кнопку " 2: 1" и ручкой " ↕ " сместите перо на 10 мм ниже середины ленты.

2. Нажмите кнопку " запись" и, удерживая кнопку " 1мВ" в течение 8-10 сек., запишите кривую экспоненциально уменьшающегося сигнала. Остановите лентопротяжный механизм нажатием кнопки " запись".

3. По заданной кривой определите постоянную времени " t" прибора, для чего проведите линию на 7, 5 мм выше начального положения пера (см. рисунок 7). Определение постоянной времени прибора " t" произведите по нижеуказанной формуле. Если постоянная времени лежит в пределах t = 3, 25 ± 0, 25 с, то искажения в форме записи ЭКГ считаются допустимыми. Сделайте вывод.

t =L₂/v = L₂/25 (с).

Рис. 7.

Постоянной времени прибора

Упражнение №4. Запись ЭКГ пациента

1. Наложите электроды с использованием прокладок, смоченных физиологическим раствором. Подсоедините кабель отведений к электродам: красный - к правой руке, желтый - к левой руке, зеленый - к левой ноге, черный - к правой ноге (белый " грудной" - свободен).

3. Поставьте переключатель отведений в положение " I " (первое отведение).

4. Нажмите кнопки: " 50 мм/с", " 2: 1" и сместите перо на 10 мм ниже середины ленты.

5. Пациент должен расслабиться, не прикасаться к прибору, после чего нажатием кнопки " запись" запишите ЭКГ (4-6 периодов).

6. Поставьте все кнопки в отжатое положение, переключатель отведений в положение " К", отключите прибор от сети, нажав предварительно кнопку " вкл" в отжатое положение, снимите электроды с пациента.

7. Определите амплитуду одного из зубцов ЭКГ в мВ по формуле: U = A/H, где, A - амплитуда зубца на ЭКГ в мм, Н - чувствительность прибора в мм/мВ (амплитуда записанного калибровочного импульса 1 мВ) записана Вами в упражнении №1.

8. Найдите длительность одного из зубцов ЭКГ по формуле: t = L/ , где, L - ширина зубца на ЭКГ в мм, = 50 мм/с - скорость движения ленты.

Рис. 8.

Зубцы ЭКГ: P, Q, R, S, T

9. Найдите частоту сердечных сокращений данного пациента (число сокращений в минуту) по формуле: n = (60× )/L₁, где L₁ - расстояние в мм между соответствующими зубцами ЭКГ (период сокращения – рис.8), множитель 60 соответствует 60 с/мин.

Выполнение работы

Рис. 7.

Постоянной времени прибора

Упражнение№4. Запись ЭКГ пациента

1. Наложите электроды с использованием прокладок, смоченных физиологическим раствором.

2. Подсоедените кабель отведений к электродам: КРАСНЫЙ - к правой руке, ЖЕЛТЫЙ - к левой руке, ЗЕЛЕНЫЙ - к левой ноге, ЧЕРНЫЙ - к правой ноге (БЕЛЫЙ " грудной" - свободен).

3. Поставьте переключатель отведений в положение " II " (второе отведение).

4. Нажмите кнопку " 50 мм/с" (отжатое положение), переключатель чувсвительности поствьте в положение " 20 мм/мВ", сместите перо на 10 мм ниже середины ленты.

5. Пациент должен расслабиться, не прикасаться к прибору, после чего нажатием кнопки " М" запишите ЭКГ (4-6 периодов).

6. Поставьте ВСЕ кнопки в отжатое положение, переключатель отведений в положение " 1 mV", нажатием кнопки выключения питания (слева вверху) выключите ЭКГ, отключите вилку прибора от сети.

7. Определите амплитуду одного из зубцов ЭКГ в мВ по формуле: U=A/H, где, A - амплитуда зубца на ЭКГ в мм, Н - чувствительность прибора в мм/мВ (амплитуда записанного калибровочного импульса в 1-м упражнении).

8. Найдите длительность одного из зубцов ЭКГ по формуле: =L/v, где L - ширина зубца на ЭКГ в мм, v=50 мм/с - скорость движения ленты.

9. Найдите частоту сердечных сокращений данного пациента (число сокращений в минуту) по формуле: n = (60× v)/L₁, где L₁ - расстояние в мм между соответствующими зубцами ЭКГ (период сокращения – рис.8).

R R

P T P T

Q S Q S

Рис. 8.

Зубцы ЭКГ: P, Q, R, S, T

Приведите рабочее место в порядок!!!!

Упражнение №4. Запись ЭКГ пациента на электрокардиографе ЛЕКАРД

1. Наложите электроды с зажимами с использованием прокладок, смоченных физиологическим раствором, следующим образом:

- красный электрод - к правой руке;

- жёлтый электрод – к левой руке;

- зелёный электрод – к левой ноге;

- чёрный электрод – к правой ноге;

- грудные электроды С1 – С6 с присосками в упражнении не подключаются.

2. Включите вилку прибора в сеть 220 В, включите клавишу «сеть» (слева на задней панели прибора).

В процессе работы исследование в любой момент времени можно прервать нажатием клавиши «отмена».

3. Настройка прибора:

- нажмите клавишу «сброс»;

- после появления надписи на индикаторе “ОТМЕНИТЕ ИНДИКАЦИЮ” нажмите клавишу «отмена»;

- после появления в верхней строке индикатора надписи “ПАЦИЕНТ > _ “ наберите клавишами (номера цифр указаны над клавишами красным цветом) любой номер пациента до 6 цифр, например 128; на индикаторе появится номер пациента > 128_; (номер можно и не указывать);

- нажмите кнопку «ВЫБОР», после чего в верхней строке индикатора в середине появится номер пациента “000128”;

4. Запись электрокардиографами:

- нажать клавишу F3 – третья клавиша слева под индикатором (над клавишей 2(aVR)); этой клавишей выбирается режим записи 3-х отведений;

- нажать клавишу “выбор”, после чего прибор проверяет качество наложения электродов и производится проверка калибровочного импульса 1 мВ; на индикаторе в нижней части появляется надпись “КАЛИБРОВКА”. Пациент должен расслабиться. Если калибровка прошла успешно, то производится съём сигнала и в нижней части индикатора высвечивается “СЪЁМ СИГНАЛА”. После этого появится сообщение “РЕГИСТРАЦИЯ” и производится запись ЭКГ одновременно на I, II и III-м стандартных отведениях, а также на усиленных отведения aVR, aVL, aVF.

- Если после калибровки не производится съём сигнала, т.е. калибровка не прошла успешно (отклонение величины калибровочного сигнала, наличие больших помех из-за некачественно наложенных электродов и т.п.), то появится сообщение на индикаторе о состоянии подключенных электродов;

- далее проверить качество установки электродов и повторить исследование нажатием кнопки “выбор”.

- Если запись ЭКГ не производится, то обратитесь за помощью к преподавателю.

После завершения снятия ЭКГ выключите клавишей «сеть» прибор, отключите вилку электровода из розетки.

По записанной ЭКГ, например на II-м отведении найти:

1. Амплитуду одного из зубцов ЭКГ в мВ по формуле: U = A/H, где, A - амплитуда зубца на ЭКГ в мм, Н - чувствительность прибора в мм/мВ (амплитуда записанного калибровочного импульса Н=10 мм/мВ).

2. Длительность одного из зубцов ЭКГ по формуле: t = L/v,

где L - ширина зубца на ЭКГ в мм, v = 25 мм/с - скорость движения ленты.

3. Частоту сердечных сокращений данного пациента (число сокращений в минуту) по формуле: n = (60× v)/L₁, где L₁ - расстояние в мм между соответствующими зубцами ЭКГ (период сокращения – рис.1).

R R