Эйнтховен, Виллем: биография. Электрокардиографические отведения Отведениями эйнтховена называют

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 « ».

В 2002 г. опубликовал редакционную статью «10 величайших открытий в кардиологии XX века». Среди них были и ангиопластика, и открытая операция на сердце. Однако, бесспорно, первым методом в этом списке стоит электрокардиография, а рядом - фамилия голландца Виллема Эйнтховена, создателя первого распространенного метода инструментальной неинвазивной диагностики, с которым сталкивался каждый из нас. Нобелевский комитет по достоинству оценил изобретение и с формулировкой «за открытие техники электрокардиографии» вручил Эйнтховену премию.

Рисунок 1. Огастес Дезире Уоллер и его собака Джимми.

Если быть совсем точными, то, конечно, первую в истории электрокардиограмму (ЭКГ) снял не Эйнтховен. Но рейтинг Texas Heart Institute Journal всё же справедлив - по ней было абсолютно ничего не понятно. И «голландцем» нашего героя назвать можно, но можно и по-другому. Однако все по порядку.

Если рассуждать по принципу «государство N - родина слонов», Резерфорд , к примеру, окажется первым новозеландским нобелевским лауреатом, а Виллем Эйнтховен - первым нобелиатом Индонезии. Потому что родился он на острове Ява, в городе Семаранг, ныне - пятом по величине городе Индонезии. Тогда это была Голландская Ост-Индия , о государстве Индонезия никто не слышал, ведь до признания ее независимости оставалось более 80 лет.

С происхождением у Эйнтховена тоже все замысловато: он потомок изгнанных из Испании евреев. Фамилия появилась при Наполеоне, который в своем Кодексе указал, чтобы все граждане его империи, куда входила Голландия, имели фамилии. Двоюродный дед Эйнтховена выбрал немного искаженное название города, где он жил (надеюсь, не нужно упоминать, какого).

Отцом будущего нобелиата был военный врач, Якоб Эйнтховен, который, к сожалению, не смог обеспечить собственное здоровье. В 1866 г. он умер от инсульта, и через четыре года (Виллему тогда было уже 10) его семья перебралась в Утрехт. Разумеется, большого достатка в семье не было - его мать осталась одна с тремя детьми. Виллем решил пойти по стопам отца - отчасти по призванию (медицина), отчасти - по нужде. Дело в том, что заключив военный контракт, он смог обучаться на медицинском факультете Утрехтского университета бесплатно.

В студенческие годы Виллем был очень спортивным человеком, регулярно заявлял, что и в учебе нужно «не дать погибнуть телу», был прекрасным фехтовальщиком и гребцом (последнее - опять же вынужденно, поскольку сломал запястье и занялся греблей для восстановления функциональности кисти). Да и первая работа Эйнтховена по медицине была посвящена механизму работы локтевого сустава, одинаково важного как гребцу, так и фехтовальщику. В этой работе, пожалуй, уже проявилась двойственность таланта Эйнтховена: прекрасное знание анатомии и физиологии и интерес к физическим принципам работы человеческого организма. В данном случае - механике. А ведь дальше были работы и по оптике, и, разумеется, по электричеству.

Рисунок 2. Капиллярный электрометр Липпманна.

Дальше нашему герою очень повезло. Правда, при этом не повезло профессору физиологии Лейденского университета Адриану Хейнсиусу: он умер. А юному Эйнтховену, четверти века от роду, вместо службы в медицинском корпусе досталось профессорское место в не самом последнем европейском университете. Это случилось в 1886 г., и с тех пор более 41 года Эйнтховен работал в Лейдене - до самой своей смерти в 1927 г.

Активно занимался Эйнтховен и офтальмологией - его докторская диссертация называлась «Стереоскопия посредством дифференцировки цветов». Позже вышли очень интересные работы «Простое физиологическое объяснение различных геометрико-оптических иллюзий», «Аккомодация человеческого глаза» и другие. Впрочем, больше всего времени молодой исследователь занимался физиологией дыхания. В том числе и работой нервных импульсов в механизме контроля дыхания.

Но тут подоспел Первый Международный конгресс по физиологии - важнейшее событие в мировой медицине (Базель, 1889 г.). Там и произошла эпохальная встреча с Огастесом Уоллером (рис. 1), который первым в мире показал, что можно снять запись электрических импульсов сердца, не вскрывая тело живого организма (1887 г.) . То, что само тело человека может производить электричество, было очень новой мыслью в физиологии.

В Базеле Уоллер показывал свою работу при помощи собственного пса Джимми. Именно Уоллера нужно называть (и называют) первооткрывателем ЭКГ.

Правда, надо сказать, что кардиограммы у Уоллера были ужасные. Он регистрировал импульсы при помощи капиллярного электрометра (кстати, разработанного нобелевским лауреатом по физике 1908 года и одним из изобретателей цветной фотографии Габриэлем Липпманном) (рис. 2).

Рисунок 3. Струнный гальванометр Эйнтховена.

Рисунок 5. Треугольник Эйнтховена.

В этом приборе электрические импульсы от сердца попадали на капилляр с ртутью, уровень которой менялся в зависимости от силы тока. Но сама по себе ртуть меняла положение не мгновенно, а обладала некоей инерцией (ртуть ведь очень тяжелая жидкость). В результате получалась каша. Более того, записать импульсы сердца - это интересная задача, но тут любой ученый должен уметь отвечать на самый главный вопрос - «и что?»

Пять лет (с 1890 по 1895 гг.) Эйнтховен занимался усовершенствованием технологии капиллярной электрометрии и попутно создал нормальный математический аппарат обработки «каши». Что-то начало получаться, но все равно прибор был ненадежным, неточным и громоздким. Однако нельзя сказать, что эти годы прошли зря: в 1893 г. на заседании Нидерландской медицинской ассоциации из уст Эйнтховена впервые официально прозвучал термин «электрокардиограмма» .

Однако нормальной кардиограммы получить капиллярным методом не удалось. И в 1901 году Виллем Эйнтховен сделал собственный прибор - струнный гальванометр , а первую статью о том, что на нем записана кардиограмма, он опубликовал в 1903 г. (издание датировано 1902 г. ).

Его главной частью была кварцевая струна - ниточка из кварца толщиной в 7 микрон (рис. 3). Она делалась весьма оригинальным способом: стрела, к которой было прикреплено кварцевое разогретое волокно, выстреливалась из лука (от себя добавим, что таким же способом 20 лет спустя в свежесозданном ленинградском Физтехе молодые исследователи Николай Семенов и Петр Капица получали сверхтонкие капилляры). Эта нить при попадании на нее электрических импульсов отклонялась в постоянном магнитном поле. Чтобы фиксировать отклонение нити, параллельно ей во время измерений двигалась фотобумага, на которую при помощи системы линз проецировалась тень от нити (рис. 4).

Рисунок 6. Зубцы и интервалы кардиограммы.

Интересно, как на первые кардиограммы наносилась временная координатная сетка (сейчас бумага для кардиограмм сразу содержит сетку, но у Эйнтховена-то была фотобумага!). Сетка наносилась при помощи теней от спиц велосипедного колеса, вращавшегося с постоянной скоростью.

Голландец недолго прожил в лауреатах - через два года после своей нобелевской лекции он умер от рака желудка. Печальнее всего, что, несмотря на открытость своей лаборатории (в ней часто бывали гости), ни учеников, ни научной школы после Эйнтховена не осталось. А вот лаборатория Эйнтховена есть: его именем названа лаборатория экспериментальной сосудистой медицины в его родном Лейдене (Лейденский университетский медицинский центр, LUMC).

И еще одно любопытное наблюдение. Статья про Эйнтховена в русскоязычной Википедии гораздо подробнее и длиннее, чем статья в англоязычной , и более того, входит в число «хороших» статей (свидетельствую - хороша!). Удивительный факт, но у открывателя кардиограммы есть свои русскоязычные поклонники. Впрочем, теперь их стало минимум на одного больше.

Литература

1. Mehta N.J., Khan I.A. (2002). Cardiology’s 10 greatest discoveries of the 20th century. Tex. Heart Inst. J. 29 , 164–71 ;
2. Waller A. D. (1887). A demonstration on man of electromotive changes accompanying the heart’s beat . J. Physiol . 8 , 229–234 ;
3. Einthoven W. (1901). Un nouveau galvanomètre. Archives néerlandaises des sciences exactes et naturelles. ». Сайт политехнического музея..

Анализ электрокардиограмм

Сердце человека – это мощная мышца. При синхронном возбуждении волокон сердечной мышцы, в среде, окружающей сердце, течет ток, который даже на поверхности тела создает разности потенциалов в несколько мВ. Эта разность потенциалов регистрируется при записи электрокардиограммы. Моделировать электрическую активность сердца можно с использованием дипольного электрического генератора.

Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтховена, согласно которой ‑ сердце ‑ это токовый диполь с дипольным моментом Р с (электрический вектор сердца), который поворачивается, изменяет свое положение и точку приложения за время сердечного цикла (рис. 34).

П

Рис. 34. Распределение

эквипотенциальных линий

на поверхности тела

о Эйнтховену сердце располагается в центре равностороннего треугольника, вершинами которого являются: правая рука – левая рука – левая нога (рис. 35 а).

Разности потенциалов, снятые между этими точками – это проекции дипольного момента сердца на стороны этого треугольника:

Эти разности потенциалов, со времени Эйнтховена в физиологии принято называть «отведениями». Три стандартных отведения приведены на рис. 35 б.Направление вектораР с определяет электрическую ось сердца.

Рис. 35 а.

Рис. 35 б. Нормальная ЭКГ в трех стандартных отведениях

Рис. 35 в. Зубец Р – деполяризация предсердия,

QRS – деполяризация желудочков, Т – реполяризация

Линия электрической оси сердца при пересечении с направлением 1-го отведения образует угол , который определяет направление электрической оси сердца (рис. 35 б). Так какэлектрический момент сердца-диполя изменяется со временем, то в отведениях будут получены зависимости разности потенциалов от времени, которые называются электрокардиограммами.

Ось О – это ось нулевого потенциала. На ЭКГ отмечают три характерных зубцаP ,QRS ,T (обозначение по Эйнтховену). Высоты зубцов в различных отведениях обусловлены направлением электрической оси сердца, т.е. углом(рис. 35 б). Наиболее высокие зубцы во втором отведении, низкие в третьем. Сопоставляя ЭКГ в трех отведениях за один цикл составляют представление о состоянии нервно-мышечного аппарата сердца (рис. 35 в).

§ 26. Факторы, влияющие на экг

Положение сердца. Направление электрической оси сердца совпадает с анатомической осью сердца. Если уголнаходится в пределах от 40°до 70°, это положение электрической оси считается нормальным. ЭКГ имеет обычные соотношения зубцов в I, II, III стандартных отведениях. Еслиблизок или равен 0°, то электрическая ось сердца параллельна линии первого отведения и ЭКГ характеризуется высокими амплитудами в I отведении. Еслиблизок к 90°, амплитуды в I отведении минимальны. Отклонение электрической оси от анатомической в ту или другую сторону клинически означает одностороннее поражение миокарда.

Изменение положения тела вызывает некоторые изменения положения сердца в грудной клетке и сопровождается изменением электропроводности окружающих сердце сред. Если ЭКГ не изменяет своей формы при перемещении тела, то этот факт тоже имеет диагностическое значение.

Дыхание . При вдохе электрическая ось сердца отклоняется примерно на 15°, при глубоком вдохе до 30°. Нарушения или изменения дыхания также могут быть диагностированы по изменению ЭКГ.

всегда вызывает существенное изменение в ЭКГ. У здоровых людей эти изменения состоят главным образом в учащении ритма. При функциональных пробах сфизической нагрузкой могут иметь место такие изменения, которые явно указывают на патологические изменения в работе сердца (тахикардия, экстрасистолия, мерцательная аритмия и т.д.).

Диагностическая значимость метода ЭКГ несомненно велика (совместно с другими методами диагностики).

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).

		П Р		I
		III

Рисунок 6. I-е II-е III-е стандартные отведения

Рисунок 6а и 6б. Грудные отведения

Рисунок 6в, 6г и 6д. Усиленные отведения

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