Лекции для студентов

Физиология человека (часть 4)

Электрические явления в сердце

Следующий вопрос, к рассмотрению которого мы с Вами переходим, касается электрических явлений в сердце. Сердце — мышечный орган, поэтому в сердце возникают электрические процессы, сопровождающие любое возбуждение. Изучение электрических явлений в сердце имеет очень большое диагностическое значение. Достаточно сказать, что в настоящее время ни одно заболевание сердечной мышцы не устанавливается без изучения потенциалов в сердце. В решение этой проблемы очень много внесли такие зарубежные ученые, как Эйнтховен, Уоллер, Кренфельд и др., а также отечественные исследователи Самойлов, Фогельсон и многие другие.

Рассмотрение электрические явления в сердце проще начинать с обсуждения потенциалов, которые имеют место при возбуждении сердечного мышечного волокна. Если взять такое волокно, то в нем в состоянии покоя регистрируется мембранный потенциал, величина которого составляет от 50 до 85 мВ. В происхождении мембранного потенциала основное значение отводится ионной асимметрии, которая обусловлена ионами К, Nа, Са и Cl (рис. 4.7.). Если на мышечное сердечное волокно подействовать раздражителем силой в один порог, то возникает потенциал действия. Величина его составляет 110-130 мВ (рис. 4.8.). Этот потенциал отличается от потенциала действия скелетного волокна по своей продолжительности и конфигурации. Продолжительность потенциала действия в сердечном волокне составляет 270-280 мс (скелетное мышечное волокно — 2-5 мс). Считается, что такой продолжительный потенциал обеспечивает сердцу одиночные сокращения. Потенциал действия состоит из восходящего и нисходящего колена. Восходящее колено связано с возникновением лавинообразного натриевого тока, приводящим к деполяризации и перезарядке мембраны. Нисходящая его часть отражает явление реполяризации или восстановление мембранного потенциала.

С чего начинается реполяризация? Начальная часть реполяризации (первая фаза) — кратковременная реполяризация связана с увеличением калиевого тока. Затем идет длительная фаза, названная плато, обусловленная увеличением кальциевого тока, задерживающая восстановление мембранного потенциала. Наконец, последнюю часть возникновения потенциала действия называют второй фазой быстрой деполяризации, обусловленной увеличением калиевого тока.

Сердце — это мышечный орган, который обладает свойством возбудимости, меняющейся при возбуждении. Вы помните о том, что в скелетной мышце различают четыре фазы изменения возбудимости, наблюдающейся при возбуждении. Аналогичные фазы имеют место и при возбуждении сердца (рис. 4.9.). Первая фаза называется фазой абсолютной рефрактерности. Для сердечной мышцы абсолютный рефрактерный период занимает фазу быстрой реполяризации и плато. Он продолжается 230-240 мс. За абсолютным рефрактерным периодом следует относительный рефрактерный период, который составляет 30-40 мс и занимает часть второй — быстрой фазы реполяризации. Затем развивается период повышенной возбудимости, которая составляет 30-40 мс. Четвертая период — период пониженной (субнормальной) возбудимости в сердце не регистрируется.

У человека электрические явления изучаются в целом на сердечной мышце. Таким образом регистрируется суммарный потенциал действия или потенциал действия всей сердечной мышцы, состоящий из отдельных потенциалов действия многочисленных мышечных волокон, возбуждающихся в этот момент. Поэтому потенциал действия всей сердечной мышцы носит очень сложный характер. Чтобы зарегистрировать такой суммарный потенциал, надо прежде всего иметь прибор электрокардиограф, регистрирующий графически усиленный потенциалы сердца. Естественно, что надо знать куда следует наложить соответствующие электроды, посредством которых прибор и записывает электрические процессы сердца. Хорошо, если бы эти электроды можно было бы наложить непосредственно на сердечную мышцу, что можно сделать только в эксперименте. Но оказалось, что этого не следует делать, так как для регистрации потенциалов сердца достаточно приложить электроды к определенным участкам тела. В чем дело? А в том, что сердце — это генератор электрических явлений, и как любой другой генератор, сердце создает электрическое поле, легко распространяющееся по всему телу благодаря высокой электропроводимости тканей. Поэтому, достаточно присоединить электроды к определенным участкам тела и прибор легко регистрирует электрические потенциалы.

Английский физиолог Уоллер показал, что электрическое поле распространяется согласно физиологической оси сердца, которая в большинстве случаев идет сверху вниз, справа на налево, сзади наперед. Электрическое поле, как свидетельствует схема Уоллера, от основания сердца распространяется в основном в сторону правой верхней конечности, в то время, как от верхушки сердца в основном по направлению нижней левой конечности. Учитывая этот характер распространения электрического поля сердца и были предложены три отведения, названных позднее стандартными (рис. 4.10). Схема наложения электродов такова. Первое отведение — электроды накладываются на верхние конечности. Второе отведение — на правую руку и левую ногу. Третье отведение — на левую руку и левую ногу. Как показывает схема Уоллера, в разных отделениях должна быть и различная напряженность электрического поля. Самая большая разность потенциалов логически должна наблюдаться по ходу физиологической оси сердца, т. е. во втором отведении. Если второе отведение регистрирует самую большую разность потенциалов, то такая кривая рассматривается как нормограмма. Физиологическая ось сердца в этом случае проходит в пределах 20-70 градусов. Доказать это очень просто, используя схему Уоллера, а также принцип треугольника, предложенный ученым Эйнтховеном (рис. 4.11). Стандартные отведения по Эйнтховену можно представить в виде треугольника, на стороны которого можно проецировать электродвижущую силу каждого отведения. Из этой схемы видно, что самая большая электродвижущая сила проецируется во втором стандартном отведении. Однако, надо помнить, что если положение сердца в грудной клетке будет меняться, то и графическая запись потенциалов сердца в разных отведениях будут иными.

Так, у гиперстеников, которые характеризуются короткой и широкой грудной клеткой, физиологическая ось сердца несколько смещается влево (от 0 до 20 градусов). Самая большая разность потенциалов у них должна регистрироваться в первом отведении. В этом случае кривая, отражающая электрические явления в сердце, носит название левограммы.

У астеников грудная клетка узкая и вытянутая поэтому у них физиологическая ось сердца откланяется вправо (от 70 до 90 градусов), в связи с чем самая наибольшая разность потенциалов регистрируется в третьем отведении. В этом случае кривая носит название правограммы.

Для нормостеника левограмма, как и правограмма, не является нормой. Например, левограмма свидетельствует о гипертрофии левого отдела сердца, которая рассматривается, как результат патологического состояния организма.

Однако, медицинская практика уже начала ХХ-го века показала, что стандартных отведений для анализа состояния электрических процессов в сердце оказалось недостаточно. Поэтому были предложены дополнительные отведения. Как известно, стандартные отведения являются биполярными, так как под каждым электродом регистрируются свое электрическое поле. Позже были предложены дополнительно три униполярные отведения от конечностей, которые получили название AVR, АVL, АVF (Гольденбергер). Последние буквы этих отведений обозначают место нахождения активного электрода: R — правая верхняя конечность, L — левая верхняя конечность, F — нижняя левая конечность. Для регистрации этих отведений вводится индифферентный электрод, на котором не регистрируется разность потенциалов. За счет этого возрастает потенциал под активным электродом, а отведение называется усиленным. Схематически индифферентный электрод превращается в нулевой путем замыкания друг на друга или путем введения в индифферентный электрод высокого сопротивления (Вильсон, 500 Ом).

Оказалось, что стандартных и усиленных отведений также недостаточно. В связи с этим были предложеныуниполярные грудные отведения. В этом случае активный электрод располагается на грудной клетке в области проекции сердца. Таким образом, иное положении грудного электрода образует грудное отведение. Было предложено шесть таких грудных отведений (рис. 4.12.). Электрод первого грудного отведения помещается по правому краю грудины на уровне 4-5 ребра, второго — слева у края грудины на уровне этих ребер, остальные четыре — по ходу пятого межреберья до средней подмышечной линии.

При изучении электрических явлений в сердце также используются так называемые функциональные пробы. Например, запись третьего стандартного отведения на высоте максимального вдоха. Обоснование этой пробы заключается в том, что у тучных людей вследствие смещения физиологической оси сердца влево (много газов в кишечнике, жировой ткани в брюшной полости и т.д.) наблюдается ряд отклонений на ЭКГ, которые у людей с другой конституцией рассматриваются как отклонения от нормы. При максимальном вдохе у тучных людей физиологическая ось сердца приближается к нормальной (диафрагма опускается и сердце занимает более физиологическое положение) и если электрические изменения носят функциональный характер, то на ЭКГ регистрируется нормограмма (т. е. вдох приводит к смещению электрической оси вправо и максимальный пик R регистрируется во втором отведении). В случае наличия патологии (ИБС, инфаркт миокарда) вдох не нормализует картину ЭКГ.

Остановимся на анализе электрических явлений в сердце. Кривая, отражающая электрические потенциалы в сердце, называется электрокардиограммой. Это суммарный потенциал всей сердечной мышцы, обусловленный возбуждением многочисленных мышечных волокон. Кривая носит сложный характер, она состоит из ряда положительных и отрицательных зубцов. Сложная форма кривой обусловлена направлением мышечных волокон сердечной мышцы (одни волокна идут в продольном, другие в поперечном, третьи — в косом направлении).

На электрокардиограмме обращают на себя внимание: 1) величина зубцов, которые в какой-то степени отражают сократительную способность миокарда, 2) интервалы между зубцами, отражающие проводимость сердечной мышцы и 3) конфигурация зубцов.

Электрокардиограмма, как видно на рисунке (рис. 4.13.), начинается с положительного зубца P, который отражает электрические явления, происходящие при возбуждении предсердий, поэтому этот зубец относится к предсердному комплексу (рис. 4.14.). Высота зубца Р составляет 1-2 мм или 0,1-0,2 мВ (здесь и далее калибровка амплитуды зубцов: 1см = 1 мВ). Затем зубец Р переходит на изолинию, переходящую в отрицательный зубец Q, с которого начинается желудочковый комплекс, отражающий электрические явления возбуждающихся желудочков.

Интервал PQ равняется 0,12-0,18 сек и показывает время проведения возбуждения по предсердиям и проводящей системе желудочков. Глубина зубца Q составляет 1-3 мм или 0,1-0,3 мВ. В учебниках сказано, что зубец Q отражает электрические явления, которые возникают при возбуждении сосочковых мышц и внутренней части правого желудочка. Большинство же руководств по электрокардиографии связывают этот зубец с электрическими явлениями, которое имеют место при возбуждении межжелудочковой перегородки. Причем, больше ее левой части.

Зубец Q переходит в самый высоковольтный зубец R, высота которого составляет в среднем 12-20 мм (1,2 -2,0 мВ). Этот зубец отражает электрические явления, связанные с переходом возбуждения с внутренней поверхности желудочков на наружную по типу ротации.

Самый высокоамплитудный зубец R переходит в отрицательный зубец S, глубина которого колеблется в пределах от 1 до 5 мм (0,1-0,5 мВ). Зубец S отражает электрические процессы, имеющие место при возбуждении основания желудочков, вначале и больше в левой части, т. к. левая ножка пучка Гиса несколько короче правой. Интервал QRS составляет 0,06-0,09 сек.

Отрицательный зубец S переходит в изолинию, которая заканчивается положительным зубцом Т. Высота зубца Т составляет 3-5 мм (0,3-0,5 мВ). Его возникновение отражает электрические процессы, имеющие место в сердце при восстановлении суммарного потенциала, иначе его называют реполяризационным зубцом.

Интервал SТ равняется в среднем 0,25-0,35 сек. За зубцом Т иногда регистрируется небольшой положительный зубец U (диастолический зубец), свидетельствующий, что процесс расслабления сердца носит активный характер, так как сопровождается изменением электрических реакций.

Все интервалы и зубцы желудочкового комплекса с точки зрения их цифровых показателей имеют большое диагностическое значение. Однако наиболее важное значение придается интервалу SТ и зубцу Т. Клиницисты этот отрезок ЭКГ часто называют коронарным или обменным. Иначе говоря, этот отрезок ЭКГ, как ни какой другой, отражает обменные процессы, протекающие в сердечной мышце при ее возбуждении. Почему? Потому, что по своей протяженности он больше, чем остальные интервалы ЭКГ. Именно, на нем можно и уловить даже незначительные нарушения обмена веществ в сердечной мышце, которые имеют место при многих заболеваниях сердечной мышцы (коронарная болезнь и др.). В этом случае наблюдаются такие изменения на ЭКГ, как смещение интервала SТ ниже изоиии, уменьшение амплитуды зубца Т, его исчезновение или смещение ниже изолинии.

Несколько слов в целом о происхождении теории ЭКГ и ее трактовке. Относительно происхождения ЭКГ имеется две теории. Одна теория получила название дифференциальной кривой. Согласно этой теории ЭКГ является алгебраической суммой противоположно направленных потенциалов правого и левого отделов сердца. В эксперименте было показано, что при возбуждении правого отдела сердца возникает монофазная кривая, направленная выше изолинии, при возбуждении левого отдела — монофазная кривая, которая направлена ниже изолинии. При возбуждении сердца в целом происходит интеграция эти противоположно направленных процессов и формируется соответствующая кривая. Например, вначале возбуждается правое предсердие, т. к. синоатриальный узел находится в правом предсердии. Кривая ЭКГ идет вверх, образуя положительный зубец Р. Но как только начинает возбуждаться левое предсердие, кривая начинает уменьшаться, т. к. эти потенциалы имеют противоположное направление. При возбуждении обоих предсердий разности потенциалов нет и на ЭКГ появляется участок изолинии. В связи с этим, если у здорового человека синоатриальный узел будет располагаться на середине предсердий может отсутствовать зубец Р. Аналогичные рассуждения можно применить и для формирования желудочкового комплекса. Однако эта теория критикуется, т. к. левый отдел желудочков возбуждается раньше правого (левая ножка пучка Гиса короче правой) и объяснение формирования желудочкового комплекса по этой теории испытывает большие трудности.

Вторая теория, объясняющая происхождение ЭКГ в целом, называется теорией эквипотенциального генератора (теория диполя). Большинство физиологов придерживаются именно этой теории, согласно которой зона возбуждения имеющая отрицательный потенциал, начинает постепенно распространяться по сердцу, что проявляется в виде сложной кривой, т. к. миокард имеет очень сложное строение и ход мышечных волокон. Однако, “слабым местом” этой теория является наличие участков изолиний на ЭКГ, т. к. при распространении участка возбуждения по сердцу всегда должна регистрироваться разность потенциалов.

Мы рассмотрели цифровые значения ЭКГ для второго стандартного отведения, т. к. в этом случае имеет место самая большая разность потенциалов. Другие отведения имеют другую цифровую характеристику, но мы на ней не останавливаемся ввиду того, что эти данные вы получите на клинических дисциплинах.

Метод электрокардиографии очень ценен сочетанием таким своих свойств, как доступность, информативность и др. Однако он имеет свои недостатки, заключающимися в том, что он позволяет регистрировать электрические явления только в одной плоскости. Сердце, как известно, является объемным органом. Поэтому, если пораженный участок в сердце незначителен по своим размерам (микроинфаркт), то на электрокардиограмме эта патология может не проявляется.

Ученые попытались как-то устранить этот недостаток метода электрокардиографии и предложили несколько способов объемной электрокардиографии. К таким методам, в частности, относится векторная электрокардиография. Для этой цели используется прибор векторкардиограф. Что такое вектор? Это направляющая, которую можно представить как электрическую ось (два участка миокарда, имеющих самую большую разность потенциалов). Прибор векторкардиограф регистрирует движения электрической оси по сердцу, которое в динамике регистрируется в виде петель: зубцы Р, R, Т (рис. 4.15.). Однако, анализ векторкардиограммы оказался очень сложным и поэтому не нашел широкого применения в медицинской практике.

В настоящее время самым точным методом, характеризующим состояние электрических явлений в сердце, является метод топоэлектрокардиографии. В чем заключается сущность метода?

На область сердца накладывается 240 электродов в виде специальной пластинки), каждый из которых регистрирует свой потенциал. На основании полученных цифр строится электрическая топография, основанная на том, что электроды, имеющие одинаковые потенциалы, регистрируются в виде сплошной пространственной линии.

Таким образом, получается несколько линий, из которых как бы и складывается “карта” электрических явлений в сердце. Совершенно очевидно, что даже незначительные нарушения обмена веществ в миокарде вызовут изменения в топографии потенциалов сердца, что используется кардиологами для установления диагноза.