ЭКГ на удивление мало изменилась с тех пор, как была впервые введена в практику В. Эйнтховеном в начале 1900-х гг. Метод позволяет одновременно регистрировать активацию миокарда из нескольких точек благодаря размещению электродов на поверхности тела, что дает возможность анализировать электрическую активность в различных областях миокарда. Поверхностную ЭКГ можно дополнить записью внутрисердечных потенциалов, которые особенно полезны при диагностике и лечении аритмий.
а) Нормальная активация сердца. Электрическая активация сердца зависит от распространения фронта волны деполяризации из пейсмейкерных клеток по сердечной мышце и специализированным проводящим тканям (рис. 1). В норме клетки синоатриального узлового комплекса, расположенного субэпикардиально в верхнебоковой части правого предсердия, спонтанно деполяризуются с самой высокой частотой, и, следовательно, этот узел является доминирующим водителем ритма.
Рисунок 1. Проводящая система сердца. В норме проводящая система состоит из пейсмейкерных клеток в синоатриальном узловом комплексе, специализированных внутрипредсердных проводящих трактов (включая пучок Бахмана), атриовентрикулярного узла, системы Гиса-Пуркинье и рабочего миокарда предсердий и желудочков
Из синусового узла фронт электрической волны распространяется по правому и левому предсердиям; проведение фронта волны деполяризации в левое предсердие ускоряют специализированные проводящие тракты, называемые пучком Bachmann. Электрическая активация предсердий запускает мышечное сокращение предсердий, в результате чего кровь проталкивается через отверстия трикуспидального и митрального клапанов в ПЖ и ЛЖ. В норме АВ узел служит единственным электрическим сообщением, связывающим предсердия и желудочки, так как кольца АВ клапанов изолированы.
В АВ узле происходит физиологическая задержка проведения. Фронт волны деполяризации выходит из АВ узла в пучок Гиса — специализированную проводящую ткань, способную к быстрому проведению. Пучок Гиса разделяется на правую и левую ножки; левая ножка делится на левую переднюю и левую заднюю ветви. Ножки пучка Гиса и их более дистальные разветвления называются системой Пуркинье. Из этих специализированных проводящих тканей фронт волны деполяризации входит в миокард желудочков и затем распространяется по нему.
Как и в предсердиях, электрическая активация желудочков вызывает их сокращение, в результате которого кровь через открытые полулунные клапаны аорты и ЛА поступает в большой круг кровообращения (БКК) и МКК. Новый цикл электрической активации, или деполяризации, возможен только после периода электрического восстановления, или реполяризации.
Весь этот процесс на клеточном уровне выражается в изменениях мембранного потенциала, отражающего сложную координацию открытия и закрытия ионных каналов. Поток ионов внутрь клеток миокарда и наружу создает потенциал действия, который отражает деполяризацию и реполяризацию кардиомиоцитов, а также спонтанную деполяризацию и реполяризацию пейсмейкерных клеток.
б) Зубцы электрокардиограммы. Основные зубцы ЭКГ, обозначенные в алфавитном порядке*, начиная с зубца Р, соответствуют описанным выше электрическим событиям (рис. 2).
P.S. * Имеется в виду английский алфавит.
Рисунок 2. Нормальная электрокардиограмма. Деполяризация синоатриального узла не видна на поверхностной электрокардиограмме; зубец Р соответствует деполяризации миокарда предсердий. Интервал Pr отражает проведение по предсердиям, атриовентрикулярному узлу и системе Гиса-Пуркинье. Комплекс QRS отражает деполяризацию миокарда желудочков. Сегмент ST и зубец Т соответствуют реполяризации желудочков. Точка J лежит на стыке окончания комплекса QRS и начала сегмента ST. Интервал Q-T измеряется от начала комплекса QRS до окончания зубца Т. Обратите внимание на линии сетки. На горизонтальной оси каждый 1 мм сетки («маленькая» клетка) обозначает 0,04 с (40 мс); «большая» клетка обозначает 0,2 с (200 мс). На вертикальной оси 1 мм (маленькая клетка) соответствует 0,1 мВ; 10 мм (2 большие клетки), следовательно, обозначают 1 мВ
Зубец Р отражает деполяризацию миокарда предсердий; при тяжелой гиперкалиемии электрическая активация предсердий может не сопровождаться мышечной активацией, и зубец Р не регистрируется. Формирующийся в результате ритм называется синовентрикулярным.
Комплекс QRS представляет собой деполяризацию миокарда желудочков; несоответствие между мышечной массой желудочков и предсердий обычно приводит к тому, что комплекс QRS намного больше по амплитуде вольтажа, чем зубец Р. Зарегистрированный в нескольких отведениях комплекс QRS содержит ценнейшую информацию о структуре и функции желудочков сердца. В норме интервал PR, который представляет собой расстояние от начала зубца Р до начала комплекса QRS на ЭКГ, отражает время задержки между деполяризацией предсердий и деполяризацией желудочков.
Сегмент ST и зубец Т (а иногда и зубец U) отражают реполяризацию желудочков — процесс электрического восстановления, который должен произойти перед тем, как желудочки снова приобретут способность к деполяризации. Точка J (junction — соединение) обозначает конец комплекса QRS и начало сегмента ST. Миокарду предсердий также необходима реполяризация перед следующим фронтом волны деполяризации. Поскольку масса желудочков намного превышает массу предсердий, низкоамплитудная волна реполяризации предсердий скрывается за комплексом QRS и поэтому не видна на ЭКГ.
Один из редко встречающихся феноменов на ЭКГ — зубец J (Осборна), нарушающий алфавитный порядок наименования электрокардиографических зубцов. Зубец J определяется как положительный зубец на нисходящей части комплекса QRS или в точке J, чаще всего наблюдается при гипотермии (см. рис. 3). Он также был описан при гиперкальциемии, черепно-мозговой травме и может указывать на риск идиопатической фибрилляции желудочков.
Рисунок 3. Зубцы J (Осборна). Эта электрокардиограмма была зарегистрирована у 40-летней больной сахарным диабетом с тяжелой гипотермией (26,6 °C), диабетическим кетоацидозом и гипокалиемией. Обратите внимание на выраженные зубцы J в отведениях V3-V6 и меньшие зубцы J в отведениях I, II, III и aVF. Другие значимые изменения включают синусовую брадикардию и удлинение интервала Q-T
в) Стандарты электрокардиографии. Стандартная ЭКГ записывается на бумаге (и часто в цифровом виде) с линиями сетки 1 мм («маленькие» клетки), а также 5 мм («большие» клетки) (см. рис. 2). Амплитуда вольтажа измеряется по вертикальной оси (обычно 10 мм соответствуют 1 мВ), а время — по горизонтальной оси. Поскольку обычная скорость записи ЭКГ составляет 25 мм/с, каждый 1 мм по горизонтали («маленькая» клетка) составляет 0,04 с (40 мс), а каждые 5 мм («большая» клетка) равны 0,2 с (200 мс).
Указанные величины амплитуды вольтажа и скорости записи обычно печатаются на ЭКГ для правильной ее интерпретации и представляют собой обычную калибровку (стандартизацию), но при необходимости могут быть изменены.
Стандартную ЭКГ записывают в течение 10 с, но время записи может существенно увеличиваться при оценке сердечного ритма или при мониторировании ЭКГ. Как правило, одновременно регистрируются несколько отведений, которые располагают на распечатке сверху вниз. Обычные отведения группируют следующим образом: I, II и III; aVR, aVL и aVF; V1, V2 и V3; и V4, V5 и V6. Каждая группа отведений записывается в течение 2,5 с. Внизу распечатки приводится непрерывная запись ритма в одном или в нескольких отведениях продолжительностью все 10 с. Таким образом, когда ЭКГ анализируют слева направо, видны 10 с сердечной деятельности, причем каждый ЭКГ-комплекс записан одновременно в нескольких отведениях.
г) Нормальные интервалы. Каждый из зубцов и интервалов ЭКГ имеет диапазоны нормальных значений, определенные на основании анализа большого количества ЭКГ у (предположительно) здоровых людей (табл. 1; см. рис. 2).
Интервал RR (идентичный интервалу РР при синусовом ритме) представляет собой расстояние от одного зубца R до другого зубца R (или от зубца Р до зубца Р). Он позволяет рассчитать ЧСС. Поскольку в минуте 60 000 мс, ЧСС в ударах в мин можно легко рассчитать на основании интервала RR или РР в мс:
HR = 60 000*/RR
P.S. * Для расчета ЧСС иногда удобнее использовать величину интервала RR или РР в с, тогда ЧСС=60/RR.
Нормальной ЧСС у взрослых в покое традиционно считают 60-100 уд/мин, однако диапазон от 50 до 90 уд/мин может лучше отражать нормальную физиологию сердца. Увеличение ЧСС происходит под действием различных стрессовых факторов (физическая нагрузка, боль, лихорадка и т.д.); снижение ЧСС отмечается после еды и во время сна. ЧСС в покое уменьшается с возрастом. При выраженной нерегулярности ритма, например при ФП, оценить ЧСС можно путем усреднения интервала RR для нескольких сердечных циклов. Поскольку стандартная ЭКГ регистрируется на протяжении 10 с, ЧСС (число ударов в мин) будет равно числу ЭКГ-комплексов, записанных на стандартной ЭКГ, умноженному на 6.
Кроме того, при правильном ритме ЧСС можно быстро оценить с помощью подсчета количества больших клеток между двумя соседними комплексами QRS или зубцами Р (то есть 2 «больших» клетки = 150 уд/мин, 3 «больших» клетки = 100 уд/мин, 4 «больших» клетки = 75 уд./мин, 5 «больших» клеток = 60 уд/мин и т.д.).
1. Длительность зубца Р. Длительность зубца Р, измеренная от начала до окончания зубца Р, обычно не превышает 0,12 с (120 мс, три «маленьких» клетки). Более широкий зубец Р указывает на замедление внутрипредсердной и/или межпредсердной проводимости. Аномалии амплитуды, морфологии и оси зубца Р могут отражать увеличение предсердий.
2. Интервал PR. Интервал PR измеряют от начала зубца Р до начала комплекса QRS, обычно его длительность составляет от 0,09 до 0,2 с (от 90 до 200 мс)*.
P.S. * Большинство руководств по ЭКГ рассматривают в качестве нижней границы интервала PR величину 0,12 с, таким образом, в норме PR варьирует от 0,12 до 0,2 с (120-200 мс).
Интервал PR охватывает время проведения через ткани предсердия, АВ узел и систему Гиса-Пуркинье. АВ-проведение один к одному с длительностью интервала PR более 0,2 с традиционно называют АВ-блокадой первой степени, но более подходящим термином может быть «задержка АВ-проведения». При увеличении интервала PR задержка обычно происходит в АВ узле, хотя возможно замедление проведения и в других местах.
Короткий интервал PR может отражать предвозбуждение желудочков (синдром WPW), узловой ритм или ускорение проводимости в АВ узле, этот феномен связан с более высоким риском кардиологических заболеваний и смертности.
3. Комплекс QRS. Комплекс QRS, который отражает электрическую активацию миокарда желудочков, содержит важную информацию для пациентов с ИБС, кардиомиопатиями, метаболическими нарушениями и другими заболеваниями. Заглавными буквами (Q, R, S) обозначают зубцы большой амплитуды (>5 мм или 0,5 мВ), тогда как строчными буквами (q, r, s) описывают зубцы низкой амплитуды (<5 мм или 0,5 мВ). Зубцы Q(q) и S(s) отрицательны относительно изоэлектрической линии, а зубец R(r) — положителен.
Зубцы Q(q) — начальные отрицательные зубцы, а зубцы S(s) — отрицательные, которые следуют за положительным зубцом R(r); комплекс QS является полностью отрицательным зубцом. Зубцы Q могут указывать на ранее перенесенный ИМ. Зубец R'(r') — это второй положительный зубец после зубца S(s). Длительность комплекса QRS отражает время, необходимое для деполяризации желудочков. Желудочковая активация обычно требует не менее 0,075 с (75 мс, почти две «маленькие» клетки). Верхняя граница нормального диапазона продолжительности QRS продолжает обсуждаться; в последнем консенсусе указано значение 0,11 с (110 мс, почти 3 «маленькие» клетки).
Если продолжительность QRS увеличена, то это указывает на задержку внутрижелудочкового и/или межжелудочкового проведения. Типичные закономерности изменений конфигурации ЭКГ, вызванных различными вариантами нарушения межжелудочковой проводимости, были названы блокадами ножек пучка Гиса.
4. Интервал Q-T. Интервал Q-Т измеряют от начала комплекса QRS до окончания зубца Т. Обычно считается, что интервал Q-Т отражает реполяризацию желудочков, но он также включает и время, необходимое для деполяризации желудочков (продолжительность комплекса QRS). Интервал Q-Т обычно измеряют в отведениях II, V5 и V6, значения усредняют за 3-5 циклов и записывают величину, полученную в том отведении, где Q-Т самый длинный. Если интервал Q-T в этих отведениях нельзя точно измерить, могут использоваться другие отведения.
Интервал Q-Т должен быть скорректирован, чтобы его можно было сравнивать при разной частоте сердечного ритма. Как правило, для этой цели используют формулу Базетта, которая определяет корригированный интервал Q-T (QTc) следующим образом:
Формула Базетта достаточно хорошо работает при нормальной ЧСС, но допускает избыточную коррекцию при высокой ЧСС и недостаточную при низкой ЧСС. Нерегулярные ритмы (особенно ФП) усложняют расчет QTc. Некоторые исследователи рекомендуют измерять как минимум 3 интервала Q-Т, чтобы получить его среднее значение, а затем использовать интервал RR, усредненный за 10 циклов. Были разработаны и более сложные формулы регрессии для коррекции интервала Q-Т при разных значениях ЧСС. Например, формула Fridericia:
может быть точнее формулы Базетта при ФП и лучше прогнозировать неблагоприятные исходы, но она не получила широкого распространения.
Наличие зубца U усложняет измерение интервала Q-T (и, следовательно, QTc). Зачастую неясно, где заканчивается зубец Т и нужно ли включать зубец U в интервал QTU. Если между зубцами Т и U есть изоэлектрическая линия, зубец U обычно не включается в интервал Q-Т. Если зубец Т «сливается» с зубцом U, не достигая изоэлектрической линии, зубец U включается в интервал Q-Т (или QTU). Интервал QTc у одного и того же пациента может несколько изменяться в течение дня, и, как правило, он несколько больше у женщин молодого и среднего возраста, чем у мужчин.
Верхняя граница нормального интервала QTc продолжает обсуждаться, но обычно используют пороговое значение 0,45 с (450 мс) у мужчин и 0,46 с (460 мс) у женщин. Интервал Q-T чувствителен к воздействию лекарств, а также к электролитным и метаболическим нарушениям. У пациентов с «широкими» комплексами QRS часто удлиняются Q-T и QTc. В таких случаях более точным показателем длительности реполяризации может быть интервал JT (от точки J до окончания зубца T), однако нормативы для JT пока не определены.
У пациентов с врожденным или приобретенным удлинением интервала QTc повышен риск пируэтной желудочковой тахикардии (torsades de pointes). Очень короткий интервал QTc (<390 мс) встречается редко, у пациентов с синдромом «короткого Q-Т» риск развития злокачественных желудочковых аритмий также весьма высок.
д) Электрокардиографические отведения. Запись одного отведения ЭКГ позволяет рассчитать ЧСС и зачастую точно определить сердечный ритм. При одновременной регистрации ЭКГ с нескольких отведений можно определить направление (или вектор) активации, отражающий направление движения фронта электрической волны, проходящей через сердце. Предложено множество различных систем отведений (некоторые из них действительно применяются в исследовательских условиях), но при записи обычной ЭКГ используют 12 стандартных проекционных точек регистрации (то есть отведений).
Для этого необходимо 10 электродов, 6 из которых размещают на грудной стенке и 4 — на конечностях. В действительности только 3 отведения от конечностей используются для регистрации; электрод на правой ноге служит электрическим заземлением. Отведения от конечностей, называемые отведениями во фронтальной плоскости, позволяют регистрировать биполярные и усиленные однополярные ЭКГ-сигналы. Грудные или прекордиальные электроды записывают однополярные сигналы. Биполярные отведения регистрируют разницу потенциалов между двумя электродами на коже. В униполярных записях представляющий интерес активный электрод сравнивается с референсным электродом.
По общему соглашению положительное отклонение регистрируется, если фронт электрической волны движется к положительному электроду в биполярной паре или к активному электроду в однополярном отведении.
Биполярные отведения от конечностей измеряют разницу потенциалов между парой электродов на конечностях и очень похожи на оригинальные записи струнного гальванометра Эйнтховена. В отведении I сравниваются правая рука (отрицательный полюс) и левая рука (положительный полюс), во II отведении — правая рука (отрицательный полюс) и левая нога (положительный полюс), а в III отведении — левая рука (отрицательный полюс) и левая нога (положительный полюс) (рис. 4).
Рисунок 4. Нормальная активация сердца, зарегистрированная в отведениях от конечностей. В норме зубцы Р и комплекс QRS обычно направлены вверх в отведениях I, II, III и aVF и инвертированы в отведении aVR. В отведении aVL зубцы Р обычно положительны, хотя комплексы QRS могут быть либо положительными, либо инвертированными. Электрод на правой ноге служит в качестве заземления
Поскольку деполяризация как предсердий, так и желудочков направлена от правой руки к левой руке, в I отведении обычно регистрируются положительный зубец Р и комплекс QRS. Аналогичным образом зубцы Р и комплексы QRS положительны в отведениях II и III при нормальном синусовом ритме, потому что активация предсердий и желудочков происходит в краниокаудальном направлении.
Отведения aVR, aVL и aVF представляют собой усиленные однополярные отведения, в которых потенциал электрода на каждой конечности сравнивается с референсным электродом. Для отведения aVR потенциал электрода на правой руке сравнивается с объединенным референсным электродом левой руки и левой ноги. Отведение aVL сравнивает потенциал электрода на левой руке с объединенным референсным электродом правой руки и левой ноги; aVF сравнивает потенциал электрода на левой ноге с объединенным электродом правой и левой руки.
Поскольку активация предсердий и желудочков обычно распространяется справа налево и в краниокаудальном направлении, зубец Р и комплекс QRS отрицательны в отведении aVR, но положительны в отведении aVF. В отведении aVL зубцы Р и комплексы QRS обычно положительны, но может, особенно у молодых пациентов, регистрироваться QRS комплекс с преобладающим отрицательным отклонением (по типу rS).
Грудные (прекордиальные) электроды располагаются в строго определенных местах на коже ГК (рис. 5, А). Эти однополярные отведения сравнивают электрический потенциал между грудным электродом и референсным электродом, называемым центральной терминалью Вильсона. Центральная терминаль Вильсона объединяет потенциалы электродов правой руки, левой руки и левой ноги через резисторы 5000 Ом. Шесть прекордиальных отведений определяют активацию предсердий и желудочков относительно условно-поперечной плоскости, пересекающей ГК (рис. 5, В).
Рисунок 5. Прекордиальные (грудные) отведения. А: расположение прекордиальных отведений на грудной клетке. Б: нормальная активация сердца, зарегистрированная в прекордиальных отведениях. Обратите внимание на маленький зубец r и глубокий зубец S в отведении V1, переходную зону в области V3 или V4, «перегородочный» зубец q и большой зубец R в отведении V6
В этой плоскости активация предсердий происходит справа налево. Активация желудочков начинается с МЖП и направлена слева направо, а затем происходит в апикальном и латеральном направлениях вследствие преобладания потенциалов деполяризации ЛЖ над правым из-за различий в их мышечной массе. В отведении V1, справа от грудины, зубец Р является двухфазным (что отражает активацию правого и затем левого предсердия); начальная активация межжелудочковой перегородки создает зубец r, тогда как последующая активация желудочков, направленная от отведения V1, создает преобладающий зубец S. В отведении V6 зубец Р положительный, и начальная деполяризация МЖП формирует крошечный «перегородочный» зубец q (обычно <0,02 с); последующая деполяризация желудочков создает преобладающий зубец R.
При подозрении на патологию ПЖ следует регистрировать «правые» грудные отведения. Отведение RV3, расположенное зеркально к отведению V3 на правой стороне ГК, обычно регистрируют у детей для диагностики возможного ВПС. У взрослых подъем сегмента ST в отведении RV3 довольно специфичен для острого ИМ ПЖ, который может выявляться при обследовании больного с острым ИМ нижней стенки ЛЖ.
е) Электрическая ось сердца. Ось электрической активации желудочков может быть определена на оси фронтальной плоскости с помощью объединения данных биполярных и усиленных однополярных отведений от конечностей (рис. 6, А). По общему соглашению ось, параллельная I отведению и направленная влево, обозначается как 0°. Ось во фронтальной плоскости от -30° до +90° считается нормальной; другие варианты оси относятся к патологическим (рис. 7). Небольшое отклонение электрической оси сердца вправо (>+90°) является вариантом нормы у детей и подростков.
Рисунок 6. Электрическая ось сердца. А: векторы отведений от конечностей во фронтальной плоскости. Б: шестиосевая схема для расположения оси во фронтальной плоскости. Обратите внимание, что векторы для отведений I, II и III указывают в том же направлении, что и на иллюстрации А, но теперь, как и усиленные отведения от конечностей, эти стандартные векторы отведений от конечностей были перемещены так, что они исходят из центра фигуры
Рисунок 7. Схема осей фронтальной плоскости. Нормальное положение (NL) = от -30° до +90°; отклонение электрической оси сердца влево (LAD) = от -30° до -90° (умеренное отклонение от -30° до -45°; выраженное отклонение от -45° до -90°); отклонение электрической оси сердца вправо (RAD) = от +90° до +180° (умеренное отклонение от +90° до +120°; выраженное отклонение от +120° до +180°); резкое отклонение электрической оси сердца вправо (ERAD) = от -90° до ±180°. Легкое отклонение электрической оси сердца вправо считается нормой у детей, подростков и молодых людей
Ось во фронтальной плоскости можно оценить, определив отведение от конечности, в котором комплекс QRS наиболее близок к изоэлектрическому значению (сходная амплитуда положительного и отрицательного зубцов); электрическая ось сердца будет перпендикулярна этому отведению (см. рис. 6, В). Поскольку две линии, расположенные под углом 180° друг к другу, могут быть нарисованы перпендикулярно любой линии, изучение других отведений от конечностей позволяет определить направление оси. Если комплекс QRS положителен в каком-либо отведении от конечности, ось будет направлена в сторону этого отведения, а не от него. Исходя из этого, электрическая ось сердца является нормальной, если комплексы QRS в основном положительны и отведении I, и в отведении II.
В грудных отведениях электрическую ось сердца как таковую не определяют. Поскольку от V1 к V6 обычно происходит нарастание комплекса QRS от преимущественно отрицательного к положительному, определяют так называемую переходную зону — точку, в которой амплитуда зубца R впервые превышает амплитуду зубца S. Вращение по часовой стрелке (переходная зона в V4 или левее) может означать более высокий риск будущих коронарных событий, а вращение против часовой стрелки (переходная зона в V3 или правее) — более низкий риск их возникновения*.
P.S. * Изменения переходной зоны могут также встречаться при БЛНПГ, при гипертрофии или острой перегрузке ПЖ (поворот по часовой стрелке) и т.д.
