Головна/Лікування хвороб/Патофізіологія захворювань серцево-судинної системи


Скорочувальна функція серця залежить від упорядкованого потоку електричних імпульсів через серце. Електрокардіограма (ЕКГ) є легко доступним записом активності цих імпульсів і надає щедру інформацію про будову серця і його функції. 

Електричні вимірювання - модель окремої клітини

Почнемо з розгляду процесу поширення електричного імпульсу в ізольованому кардіоміоциті, як це зображено на мал. 4.1. На правій стороні малюнка вольтметр на міліметровому папері записує електричну різницю потенціалів на поверхні клітини. У стані спокою клітина є поляризованою: вся її зовнішня поверхня заряджена позитивно по відношенню до внутрішньої сторони через відповідний розподіл іонів всередині клітинної мембрани. У цьому стані спокою електроди вольтметра, які розташовані на протилежних частинах зовнішньої оболонки клітини, не реєструють ніякої електричної активності через відсутність різниці потенціалів між ними (поверхня миоцита є однорідно зарядженою).

Процес збудження клітини порушує це положення рівноваги (мал. 4.1 Б). Під час потенціалу дії, коли катіони проникають через сарколеми всередину клітини, полярність потенціалу дії змінюється на протилежну, так що зовнішня поверхня клітки стає зарядженою негативно по відношенню до внутрішньої, тобто відбувається деполяризація. У цей момент між деполярізованою областю (негативно заряджена поверхня) і як і раніше поляризованою областю (позитивно заряджена поверхня) виникає електрична різниця потенціалів. В результаті виникає електричний струм між цими двома областями.

Традиційно вважається, що електричний струм направлений від негативно зарядженої області до позитивно зарядженої. Так як в даному прикладі ток деполяризації поширюється зліва направо, тобто до (+) зарядженого електроду вольтметра, реєструється спрямоване вгору відхилення на графіку електричного струму. При поширенні хвилі деполяризації через клітку, додатково виникають електричні сили, спрямовані убік (+) електрода, викликають ще більше вертикальне відхилення кривої (мал. 4.1В). У повністю деполярізованій клітці (мал. 4.1 Г), вся зовнішня поверхня заряджена негативно, на відміну від вихідного стану. Завдяки гомогенності заряду на поверхні клітини різниця потенціалів на електродах знову дорівнює нулю, і реєструється нейтральна пряма лінія.

Електрокардіограма

Мал. 4.1. Деполяризація окремої клітини міокарда. А. 6 стані спокою поверхня клітини є позитивно зарядженою по відношенню до її внутрішньої сторони. Внаслідок того, що розподіл зарядів є однорідним, електроди вольтметра, розташовані поза клітини, не реєструють будь-яку електричну різниця потенціалів (записується рівна лінія). Б. Порушення клітини викликає деполяризацію (затемнена область); зовнішня частина деполярізованої області стає негативно зарядженою по відношенню до внутрішньої. Так як струм деполяризації спрямований до позитивно зарядженого електроду вольтметра, реєструється відхилення вихідної лінії вгору. В. Деполяризація поширюється, викликаючи все більше відхилення записуваної лінії вгору. Г. Клітка стала повністю деполярізована. Поверхня клітини тепер повністю заряджена негативно, а внутрішня поверхня - позитивно. Внаслідок того, що розподіл зарядів знову однорідний, ЕКГ знову повернулася до ізолінії. Д. Звертаємо увагу, що якщо поміняти положення електродів вольтметра на протилежне, то хвиля деполяризації буде поширюватися від позитивного (+) електрода, і зубець ЕКГ буде направлений вниз

Зауважимо, що на мал. 4.1 Д, якщо поміняти розташування електродів вольтметра таким чином, що (+) електрод буде розташований ліворуч від клітини, то при поширенні хвилі деполяризації в праву сторону її напрямок буде йти від (+) електрода і реєстрований зубець буде направлений вниз.

Деполяризація клітини викликає скорочення серцевого м'яза і потім супроводжується процесом реполяризації, протягом якого відновлюється вихідний заряд клітини, тобто клітина знову опиняється в стані спокою (мал. 4.2). Реполяризація лівої половини клітини призводить до того, що заряд її поверхні знову стає позитивним. Внаслідок цього, струм направлений від негативно зарядженої поверхні в бік позитивної. Так як струм спрямований у бік від (+) електрода вольтметра, то реєструється зубець, спрямований вниз, зворотного зубця, зазначеному в процесі деполяризації. Процес реполяризації є більш повільним, ніж процес деполяризації, так що реєстрований зубець володіє меншою амплітудою і більшою довжиною. Після того, як клітина повернулася до стану спокою, розподіл зарядів на поверхні знову став однорідним, і різниця потенціалів між електродами знову повернулася до нуля, що відображається у вигляді ізолінії на графіку (мал. 4.2В).

Електрокардіограма

Мал. 4.2. Послідовність реполяризації клітини міокарда. А. На початку процесу реполяризації на поверхні клітини знову з'являються позитивні заряди, і струм направлений від негативно заряджених областей поверхні до області, де відбувається реполяризація. Так як струм спрямований у бік від (+) електрода, вольтметром буде реєструватися зубець, спрямований вниз. Б. Реполяризації триває. В. Процес реполяризації завершено і розподіл зарядів на зовнішній поверхні клітини знову є однорідним, тому що різниця потенціалів між електродами дорівнює нулю, і ЕКГ повертається до рівної лінії. Г. У людини процес реполяризації протікає в напрямку, зворотному процесу деполяризації (в даному прикладі це буде справа наліво, і хвиля реполяризації буде спрямована вгору). Таким чином, напрями деполяризації і реполяризації в нормальному, не пошкодженому серці збігаються. Слід зазначити, що хвиля реполяризації має меншу амплітуду і більшу тривалість, ніж хвиля деполяризації

У нормі реполяризація протікає в напрямку, зворотному деполяризації, починаючись в тій області, яка деполярізована останньої (причина цього невідома). Таким чином, зубець реполяризації зазвичай спрямований у протилежний бік. Тобто ток реполяризації (потік зарядів від негативно зарядженої області до позитивно зарядженої) на мал. 4.2 буде направлений в сторону (+) електрода і виразиться через зубець, спрямований вгору в записі показань приладу. Отже, у здорової людини реполярізаціонний і деполярізаціонний струми звичайно мають один напрямок при реєстрації ЕКГ (мал. 4.2Г).

Ми розглянули деполяризацію і реполяризацію в ізольованій клітини міокарда. Оскільки хвиля деполяризації швидко поширюється через все серце, електричні сили генеруються кожною клітиною, і сума цих сил реєструється на поверхні шкіри за допомогою електрокардіографа. Напрямок і величина відхилень, що реєструються приладом, залежать від того, як ці сили спрямовані щодо набору спеціальних еталонних осей, відомих як відведення ЕКГ.