Часть IV. Физиология систем внутренних органов

При возбуждении и реполяризации сердца возникает электрическое поле, которое можно зарегистрировать на поверхности тела. При этом между различными точками тела создается разность потенциалов, изменяющаяся в соответствии с колебаниями величины и направления этого электрического поля. Кривая изменений этой разности потенциалов во времени называется электрокардиограммой. Следует подчеркнуть, что ЭКГ отражает именно процесс возбуждения в сердце, а не сокращения его структур. Эти два процесса в известной мере разделены во времени, так как второй является следствием первого. При определенных условиях (например, при перфузии сердца безкальциевым раствором) сократительный акт можно устранить, однако при этом продолжает регистрироваться нормальная ЭКГ, отражающая процесс распространения возбуждения.

Волокно миокарда как диполь

Процесс распространения волны деполяризации и волны реполяризации по одиночному мышечному волокну можно условно представить как перемещение двойного слоя зарядов, расположенных на границе возбужденного (–) и невозбужденного (+) участков волокна. Эти заряды, равные по величине и противоположные по знаку, находятся на бесконечно малом расстоянии друг от друга и обозначаются как элементарные сердечные диполи (рис. 22.11, а). Положительный полюс диполя (+) всегда обращен в сторону невозбужденного, а отрицательный полюс (–) — в сторону возбужденного участка миокардиального волокна. Диполь создает элементарную электродвижущую силу (ЭДС).

ЭДС диполя — векторная величина, которая характеризуется не только количественным значением потенциала, но и направлением. По определению дипольный вектор направлен от минуса к плюсу, то есть от возбужденного участка к невозбужденному (возбужденный участок снаружи заряжен отрицательно по отношению к невозбужденному). Дипольный вектор переднего фронта волны возбуждения можно назвать вектором деполяризации, а вектор ее заднего фронта, направленный в обратную сторону, — вектором реполяризации (рис. 22.11, б).

Величина и направление зубцов ЭКГ. Для того чтобы разобраться в соотношении между ориентацией вектора сердца и полярностью зубцов ЭКГ, необходимо рассмотреть электрическое поле вокруг диполя, помещенного в однородную проводящую среду. Диполь создает в окружающей его среде силовые линии, идущие от положительного к отрицательному заряду диполя.

Рис. 22.11. Волокно миокарда как диполь: а — диполь и его электрическое поле (—— — силовая линия; - - - — эквипотенциальная линия); б — дипольный вектор

Перпендикулярно к ним располагаются изопотенциальные (эквипотенциальные) линии с одинаковым положительным или отрицательным потенциалом (см. рис. 22.11, а). На границе между положительной и отрицательной половинами электрического поля располагается линия нулевого потенциала. Помещая электроды в любые точки электрического поля, можно зарегистрировать разность потенциалов, несущую определенную информацию об ЭДС источника тока. Следует подчеркнуть, что основные закономерности, присущие одиночному мышечному волокну, остаются справедливыми и для электрического поля источника тока в целом, и для формирования ЭКГ.

Направление движения волны деполяризации по одиночному мышечному волокну всегда совпадает с направлением вектора диполя, а направление движения волны реполяризации противоположно ориентации вектора диполя. Именно поэтому если в процессе распространения возбуждения вектор диполя направлен в сторону (+) электрода отведения, то на ЭКГ мы получим отклонение вверх от изолинии — положительный зубец ЭКГ, а если вектор диполя направлен в сторону (–) электрода отведения, то на ЭКГ мы зафиксируем отрицательное отклонение вниз от изолинии — отрицательный зубец электрограммы. Если вектор диполя расположен перпендикулярно к оси отведения, то на ЭКГ записывается изолиния, то есть отсутствуют положительные или отрицательные отклонения ЭКГ.

Рис. 22.12. Суммарный вектор (большая стрелка) деполяризации желудочков (малые стрелки

В сердце одновременно (в каждый момент систолы) происходит возбуждение многих участков миокарда, причем направление векторов деполяризации и реполяризации в каждом из этих участков может быть различным и даже прямо противоположным (рис. 22.12). При этом электрокардиограф записывает некоторую суммарную, или результирующую, ЭДС сердца для данного момента возбуждения.

Суммарный моментный вектор сердца определяется как сумма всех векторов, его составляющих. Если два вектора источников

Рис. 22.13. Сложение векторов и их проекции: а — если два вектора источников тока направлены под углом друг к другу, то результирующий вектор (→а + →b ) равен по величине и направлению диагонали параллелограмма, сторонами которого являются два данных (→а и →b ) вектора; б–г — отражение векторов (→е) на линии отведения (→е′)

тока направлены под углом друг к другу, то результирующий вектор (ЭДС) равен по величине и направлению диагонали параллелограмма, сторонами которого являются два данных вектора (рис. 22.13).

Если два вектора источника тока направлены в одну сторону и параллельны друг другу, то результирующий вектор представляет собой сумму векторов и направлен в ту же сторону. Если два вектора источников тока направлены в противоположные стороны, то результирующий вектор равен их разности и ориентирован в сторону большего вектора. Проекция вектора на ось отведения будет максимальна, когда вектор параллелен линии отведения. Если же вектор перпендикулярен линии отведения, то его проекция будет равна нулю (см. рис. 22.13).

Существенное влияние на амплитуду электрокардиографических зубцов оказывает также расстояние от исследующего электрода до источника тока. Величина зубцов ЭКГ обратно пропорциональна квадрату расстояния от электрода до источника тока. Это означает, что чем дальше расположен электрод от источника тока, тем меньше амплитуда зубцов комплексов электрокардиограммы. Однако при удалении электродов более чем на 12 см от сердца дальнейшее изменение амплитуды зубцов оказывается ничтожным.

Формирование электрокардиограммы при распространении волны возбуждения по сердцу

Распространение волны деполяризации и реполяризации по сердцу является несравненно более сложным процессом, чем движение фронта возбуждения по одиночному мышечному волокну. Это объясняется тем, что в сердце одновременно функционирует большое число элементарных источников тока — сердечных диполей, каждый из которых обусловлен возбуждением отдельных миокардиальных волокон и отличается от других таких же диполей по величине и по направлению. Однако согласно дипольной концепции электрокардиографии при определенных допущениях сердце можно условно рассматривать как один точечный источник тока — единый сердечный диполь, создающий в окружающем его объемном проводнике (теле) электрическое поле (см. рис. 22.11), которое и может быть зарегистрировано с помощью электродов, расположенных на поверхности тела. Вектор единого сердечного диполя представляет собой не что иное, как суммарный моментный вектор всех элементарных источников тока, существующих в данный момент.