При разработке собственного струнного гальванометра Эйнтховен взял за основу конструкцию магнитоэлектрического гальванометра Депре -Д’Арсонваля. Он заменил подвижные части (катушку и зеркало) на тонкую посеребрённую кварцевую нить (струну). По нити пропускался электрический сигнал сердца, регистрируемый с поверхности кожи. Вследствие этого на нить в поле электромагнита действовала сила Ампера, прямо пропорциональная величине силы тока (), и нить отклонялась нормально к направлению линий магнитного поля. Кварцевые нити изготовлялись следующим образом: на конце стрелы закреплялось кварцевое волокно таким образом, чтобы оно удерживало стрелу при натянутой тетиве лука; волокно нагревалось до той степени, когда оно не было способно сдерживать натяжение тетивы, и стрела выстреливала, вытягивая волокно в тонкую однородную нить диаметром 7?. Далее нить требовалось покрыть слоем серебра, для этого Эйнтховен сконструировал специальную камеру, в которой она бомбардировалась беспримесным серебром. Одной из самых больших проблем было создание источника сильного и постоянного по значению магнитного поля. Эйнтховену удалось создать электромагнит, обеспечивавший поле в 22 000 Гс, однако он настолько разогревался в рабочем состоянии, что для него пришлось подвести систему водяного охлаждения. Другая проблема заключалась в создании системы записи и измерения отклонений нити. Посоветовавшись с Дондерсом и Снелленом, Эйнтховен сконструировал систему линз, позволявшую фотографировать тень нити. В качестве источника света он использовал массивную дуговую лампу. Устройство фотографической камеры включало в себя фотографическую пластинку, которая во время снятия показаний двигалась с постоянной скоростью, регулируемой масляным поршнем. Пластинка передвигалась под линзой, на которой была нанесена шкала в вольтах. Временна?я шкала наносилась на саму пластинку тенями от спиц вращающегося с постоянной угловой скоростью велосипедного колеса.
Благодаря использованию очень лёгкой и тонкой нити и возможности изменять её напряжение для регулирования чувствительности прибора струнный гальванометр позволил получить более точные выходные данные, чем капиллярный электрометр. Первую статью о записывании электрокардиограммы человека на струнном гальванометре Эйнтховен опубликовал в 1903 году. Существует мнение, что Эйнтховену удалось достичь точности, превосходящей многие современные электрокардиографы.
В 1906 году Эйнтховен опубликовал статью «Телекардиограмма» (фр. Le t?l?cardiogramme), в которой описал метод записи электрокардиограммы на расстоянии и впервые показал, что электрокардиограммы различных форм сердечных заболеваний имеют характерные различия. Он привёл примеры кардиограмм, снятых у пациентов с гипертрофией правого желудочка при митральной недостаточности, гипертрофией левого желудочка при аортальной недостаточности, гипертрофией левого ушка предсердия при митральном стенозе, ослабленной сердечной мышцей, с различными степенями блокады сердца при экстрасистоле.
Треугольник Эйнтховена
В 1913 году Виллем Эйнтховен в сотрудничестве с коллегами опубликовал статью, в которой предложил к использованию три стандартных отведения: от левой руки к правой, от правой руки к ноге и от ноги к левой руке с разностями потенциалов: V1,V2 и V3 соответственно. Такая комбинация отведений составляет электродинамически равносторонний треугольник с центром в источнике тока в сердце. Эта работа положила начало векторкардиографии, получившей развитие в 1920-х годах ещё при жизни Эйнтховена.
Закон Эйнтховена
Закон Эйтховена является следствием закона Кирхгофа и утверждает, что разности потенциалов трёх стандартных отведений подчиняются соотношению V1 + V3 = V2. Закон имеет применение, когда вследствие дефектов записи не удаётся идентифицировать зубцы P, Q, R, S, T и U для одного из отведений; в таких случаях можно вычислить значение разности потенциалов, при условии, если для других отведений получены нормальные данные.
Поздние годы и признание
В 1924 году Эйнтховен прибыл в США , где помимо посещения различных медицинских заведений прочитал лекцию из цикла Лекций Харви (англ. Harvey Lecture Series), положил начало циклу Лекций Данхема (англ. Dunham Lecture Series) и узнал о присуждении ему Нобелевской премии. Примечательно, что когда Эйнтховен в первый раз прочитал эту новость в Boston Globe, он подумал, что это либо шутка, либо опечатка. Однако его сомнения развеялись, когда он ознакомился с сообщением от Reuters. В том же году он получил премию с формулировкой «За открытие техники электрокардиограммы». За свою карьеру Эйнтховен написал 127 научных статей. Последняя его работа была опубликована посмертно, в 1928 году, и посвящалась токам действия сердца. Исследования Виллема Эйнтховена порой причисляются к десяти величайшим открытиям в области кардиологии в XX веке. В 1979 году был основан Фонд Эйнтховена, целью которого является организация конгрессов и семинаров по кардиологии и кардиохирургии.
Электроды накладывают (смотрите рисунок) на правой руке (красная маркировка), левой руке (желтая маркировка) и на левой ноге (зеленая маркировка). Эти электроды попарно подключаются к электрокардиографу для регистрации каждого из трех стандартных отведений. Четвертый электрод устанавливается на правую ногу для подключения заземляющего провода (черная маркировка)
Стандартные отведения
от конечностей регистрируют при следующем попарном подключении электродов:
I отведение - левая рука (+) и правая рука (-);
II отведение - левая нога (+) и правая рука (-);
III отведение - левая нога (+) и левая рука (-).
Как видно на рисунке выше, три стандартных отведения образуют равносторонний треугольник (треугольник Эйнтховена), в центре которого расположен электрический центр сердца, или единый сердечный диполь. Перпендикуляры, проведенные из центра сердца, т.е. из места расположения единого сердечного диполя, к оси каждого стандартного отведения, делят каждую ось на две равные части: положительную, обращенную в сторону положительного (активного) электрода (+) отведения, и отрицательную, обращенную к отрицательному электроду (-)
Усиленные отведения ЭКГ от конечностей
Усиленные отведения от конечностей регистрируют разность потенциалов между одной из конечностей, на которой установлен активный положительный электрод данного отведения, и средним потенциалом двух других конечностей (см. рисунок ниже). В качестве отрицательного электрода в этих отведениях используют так называемый объединенный электрод Гольдбергера, который образуется при соединении через дополнительное сопротивление двух конечностей.Три усиленных однополюсных отведения от конечностей обозначают следующим образом:
aVR - усиленное отведение от правой руки;
aVL - усиленное отведение от левой руки;
aVF - усиленное отведение от левой ноги.
Как видно на рисунке ниже, оси усиленных однополюсных отведений от конечностей получают, соединяя электрический центр сердца с местом наложения активного электрода данного отведения, т.е. фактически - с одной из вершин треугольника Эйнтховена.
Формирование трех усиленных однополюсных отведений от конечностей. Внизу - треугольник Эйнтховена и расположение осей трех усиленных однополюсных отведений от конечностей
Электрический центр сердца как бы делит оси этих отведений на две равные части: положительную, обращенную к активному электроду, и отрицательную, обращенную к объединенному электроду Гольдбергера
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!
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
Сначала записывают отведения от конечностей. Металлические электроды электрокардиографа накладывают на руки и ноги больного. Электрод на правой ноге выполняет роль электрического заземления. Электроды на руках прикрепляют чуть выше запястий, на ногах — выше лодыжек.
Рис. 3-3. Для записи электрокардиограммы используют металлические электроды. Электрод на правой ноге выполняет функцию заземления, чтобы предотвратить помехи от сети переменного тока.
Электрические процессы сердца можно проецировать на туловище и конечности. По этой причине электрод, помещённый на правое запястье, регистрирует такое же электрическое напряжение, как и на правом плече; напряжение на левом запястье или другом участке левой руки соответствует напряжению на левом плече.
Наконец, напряжение на электроде, наложенном на левую ногу, сопоставимо с напряжением на левом бедре или в паховой области. В клинической практике электроды присоединяют к запястьям и лодыжкам просто для удобства. Очевидно, для регистрации электрокардиограммы у больного с ампутацией конечности или с гипсовой повязкой необходимо разместить электроды около плеч или паха, в зависимости от обстоятельств.
Выделяют стандартные биполярные (I, II, III) и . Биполярные отведения были названы так исторически, так как они регистрируют разность электрических потенциалов между двумя конечностями.
Подключение электродов стандартных отведений от конечностей
I отведение, например, записывает разницу напряжений между электродами на левой руке и правой руке:
I отведение = левая рука - правая рука.
II отведение регистрирует разницу напряжений между электродами на левой ноге и правой руке:
II отведение = левая нога - правая рука.
III отведение позволяет оценить разницу напряжений между электродами на левой ноге и левой руке:
III отведение = левая нога - левая рука.
При записи I отведения происходит следующее. Электрод левой руки измеряет электрическое возбуждение сердца с вектором, направленным к левой руке, а электрод правой руки — с вектором, направленным к правой руке. Электрокардиограф регистрирует разность потенциалов между левой рукой и правой рукой и показывает её в I отведении. При записи II отведения то же самое происходит с потенциалами электродов левой ноги и правой руки, а при записи III отведения — левой ноги и левой руки.
I, II и III отведения можно представить схематично в виде треугольника, названного треугольником Эйнтховена по имени голландского физиолога, который изобрёл электрокардиограф в начале 1900-х годов. Сначала ЭКГ состояла только из записи I, II, и III отведений. Треугольник Эйнтховена отражает пространственное расположение трех стандартных отведении от конечностей (I, II, III).
Рис. 3-4. Расположение I, II и III отведений. (I отведение регистрирует разность электрических потенциалов между левой и правой руками, II отведение - между левой ногой и правой рукой, III отведение - между левой ногой и левой рукой.)
Проекция I отведения расположена горизонтально. Левый полюс (левая рука) I отведения положительный, а правый полюс (правая рука) — отрицательный, поэтому I отведение = левая рука - правая рука. Проекция II отведения направлена по диагонали вниз. Его нижний полюс (левая нога) положительный, а верхний полюс (правая рука) — отрицательный, поэтому II отведение = левая нога - правая рука. Проекция III отведения также направлена диагонально вниз. Его нижний полюс (левая нога) положительный, а верхний полюс (левая рука) — отрицательный, поэтому III отведение = левая нога - левая рука.
Эйнтховен, конечно, мог обозначить отведения по-другому. В данном виде биполярные отведения описывает следующая простая формула:
I отведение + III отведение = II отведение.
Другими словами, если сложить величины вольтажа зубцов I и III отведений, мы получим вольтаж во II отведении. Это лишь приблизительное правило. Оно выполнимо при одновременной регистрации трёх стандартных отведений с использованием синхронизированного канала электрокардиографа, поскольку пики зубцов R в трёх отведениях не одновременны.
Эту формулу можно проверить. Сложив вольтаж зубца R в I отведении (+9 мм) и зубца R в III отведении (+4 мм), получим +13 мм — вольтаж зубца R во II отведении. То же самое можно сделать с зубцами и .
При оценке электрокардиограммы полезно сначала быстро просмотреть I, II и III отведения. Если зубец R во II отведении не равен сумме зубцов R в I и III отведениях, возможно, запись неверна или электроды наложены неправильно.
Уравнение Эйнтховена — результат записи биполярных отведений. Электрический потенциал от электрода на левой руке положительный в отведении I и отрицательный в отведении III, равновесие наступает при добавлении двух других отведений:
I отведение = левая рука - правая рука;
II отведение = левая нога - левая рука;
I отведение + III отведение = левая нога - правая рука = II отведение.
Таким образом, в ЭКГ один плюс три равно двум.
Итак, I, II и III отведения — стандартные (биполярные) отведения от конечностей, которые изобретены раньше других . Эти отведения регистрируют разность электрических потенциалов между выбранными конечностями.
На рисунке треугольник Эйнтховена изображён так, что I, II и III отведения пересекаются в центральной точке. Для этого I отведение просто передвинули вниз, II — вправо, III — влево. В результате получают трёхмерную диаграмму. Эту диаграмму, представляющую три биполярных отведения, используют в разделе « ».
