EKG vyšetření (praktika 2. LF UK)

Tato prezentace je určena pro biofyzikální praktikum na 2. LF UK. Pro toto téma je ve WikiSkriptech základní článek na stránce Elektrokardiografie.

EKG vyšetření – prezentace pro biofyzikální praktikum.

Obsah přednášky

Historie: Willem Einthoven (1860 – 1927), EKG: 1903, Nobelovka: 1924
Teorie: Princip EKG
EKG přístroj: Princip fungování
Praktikum: Záznam EKG a HRV

Teorie

Orgán srdce

Při vyšetření EKG vyšetřujeme srdce jako živý orgán v živém organismu.
Z biofyzikálního hlediska se jedná o subsystém jiného systému.
Úkolem srdce je zajistit krevní oběh – tuto funkci při EKG nevyšetřujeme.
Sledujeme pouze vedlejší projev, kterým je "elektrická aktivita" srdce.
Tyto elektrické projevy snímáme pomocí povrchových elektrod → jedná se o neinvazivní vyšetření.

Elektrická aktivita srdce

Srdce je složeno z velkého množství elektricky aktivních myocytů.
Generátorem srdeční akce je SA uzel, z něhož se šíří podráždění postupně do celého myokardu.
Každý myocyt se navenek chová jako proměnlivý elektrický dipól (mění svou polohu i elektrickou aktivitu).
Vyšetřovat akční potenciály jednotlivých myocytů v klinických podmínkách neinvazivním způsobem nelze.
Elektrodami snímáme z povrchu těla tzv. sumační potenciál, který je (dle principu superposice) složen z dílčích příspěvků všech elektricky aktivních buněk v daném časovém okamžiku.
Výsledkem je EKG křivka (nebo soubor více takových křivek) jakožto funkce napěťového rozdílu mezi dvěma body v závislosti na probíhajícím čase.

EKG křivka

Obrázek = schematický záznam jedné periody normálního EKG (tzv. sinusový rytmus).
Vodorovná osa je časová [ms], běží zleva doprava.
Na svislé ose je napěťový rozdíl [mV], kladné výchylky jdou u EKG směrem nahoru .
- Pozor, u neurologických vyšetření jako např. EEG je tomu naopak.
Izoelektrická linie vyznačuje pomyslnou čáru, která by se objevila, kdybychom neregistrovali žádnou srdeční aktivitu (zástava srdce, klinická smrt). Slouží jako hladina nulového napěťového rozdílu.

EKG vlny

EKG vlny jsou značeny písmeny abecedy P, Q, R, S, T:
- Vlna P odpovídá depolarizaci (systole) síní.
- Vlny QRS tvoří tzv. QRS komplex, který odpovídá depolarizaci (systole) komor – nejvýraznější projev na EKG záznamu, překrývající méně výraznou repolarizaci (diastolu) síní. QRS komplex trvá od začátku vlny Q do konce vlny S.
- Vlna T odpovídá repolarizaci (diastole) komor.
- Za vlnou T se někdy ještě vyskytuje vlna U stejné polarity – význam nejasný.

Intervaly a segmenty

Kromě jednotlivých vln jsou důležité intervaly a segmenty:
- PR interval: od začátku vlny P do začátku QRS komplexu;
- PR segment: část izoelektrické linie od konce vlny P do začátku QRS komplexu;
- ST segment: část izoelektrické linie od konce QRS komplexu do začátku vlny T;
- QT interval: od začátku QRS komplexu do konce vlny T.

Srdeční frekvence

V EKG záznamu se za sebou opakuje několik period srdeční revoluce.
Délku srdeční periody T nejpřesněji zjistíme jako vzdálenost dvou po sobě jdoucích ostrých R vln – této vzdálenosti říkáme R-R interval.
Kvasiperiodický průběh: srdeční periody se neopakují zcela stejně, vždy jsou menší či větší odchylky.
HRV = Heart Rate Variability = variabilita srdeční frekvence: fyziologicky se mění délka srdeční periody a tím i srdeční frekvence zejména v reakci na dýchání:
- nádech: zvýšení srdeční frekvence;
- výdech: snížení srdeční frekvence.
Dále se srdeční frekvence mění v závislosti na fyzické i psychické zátěži a na množství dalších faktorů.
Okamžitou srdeční frekvenci f spočteme ze vztahu f [Hz] = 1/T [s].
Vedlejší jednotkou srdeční frekvence je min^-1. Odvoďte si výše uvedený vztah také pro tuto jednotku!
Kromě okamžité frekvence umíme spočítat i průměrnou frekvenci, např. za jednu minutu (počet tepů za minutu).

Elektrický srdeční vektor

EKG křivka se nemění jenom v čase, ale mezi různě umístěnými elektrodami měříme různé průběhy.
EKG signál je tudíž časoprostorově proměnná veličina.
Lineární model (superposice): Na elektrické pole, působené množstvím časoprostorově proměnných elektrických dipólů jednotlivých myocytů, můžeme pohlížet jako na jediný proměnlivý elektrický srdeční vektor.
Proměnlivost znamená, že během srdeční revoluce tento vektor nepravidelně rotuje a přitom mění i svoji velikost.
Zajímá nás velikost a směr el. srdečního vektoru v různých fázích srdeční revoluce, zejména v okamžicích jednotlivých EKG vln:
- Elektrické osy P, T: jsou to směry el. srdečního vektoru pro vlny P, T;
- Elektrická osa QRS: směr el. srdečního vektoru pro komplex QRS, je to hlavní elektrická osa. Není-li řečeno jinak, míní se elektrickou srdeční osou právě tato.
Elektrické osy jsou projevem elektrické aktivity a způsobu šíření el. vzruchu – nezávisí přímo na nějaké anatomické poloze myokardu!
Běžný směr el. osy směřuje vlevo dolů, ale v rámci normality může být u různých osob různý v širokém rozmezí cca 0°... +110° a mění se s věkem – u lidí nad 40 let se udává -30°... +90°).
Velká odchylka od normy:
- Nemusí ještě znamenat sama o sobě patologický stav, ale v součinnosti s dalšími příznaky může upřesnit diagnózu.
- Může (zvláště u začátečníků) být způsobena chybným zapojením elektrod.

Frontální rovina

Elektrický srdeční vektor se pohybuje ve 3D prostoru.
Historicky nejstarší (Einthoven) je zkoumání projekce el. srdečního vektoru ve frontální rovině.
Neinvazivní vyšetření – elektrody umísťujeme na povrch těla, které slouží jako elektrolytický vodič
Pro sledování pohybu vektoru v rovině potřebujeme alespoň 3 místa pro umístění elektrod, rozmístěná na těle pokud možno pravidelně v různých směrech od srdce (v ideálním případě: 3 úhly po 120°).
Z toho vychází:
- pravé rameno,
- levé rameno,
- levé tříslo (pro srdce umístěné normálně na levé straně).

Končetinové elektrody

EKG signál se šíří od myokardu celým tělem, trupem i končetinami.
Při průchodem končetinami se již prakticky nemění, končetiny působí jako vodiče se zanedbatelným odporem (v porovnání se vstupní impedancí EKG přístroje).
Umístit elektrody na končetiny je při běžném vyšetření pohodlnější a jistější než na trup.
Končetinové elektrody použil již Einthoven a nazývají se:
- R = Rechts – pravá ruka (značí se červeně),
- L = Links – levá ruka (značí se žlutě),
- F = Fuß – levá noha (značí se zeleně).
Končetinové elektrody se běžně umísťují na předloktí poblíž zápěstí, resp. na oblast holeně či lýtka poblíž kotníku.
V případě problému či nemožnosti (končetina je amputovaná, zraněná, ovázaná apod.) na kterémkoli místě končetiny až po rameno, resp. tříslo. Takové umístění nemá praktický vliv na průběh získané EKG křivky.
Rovněž při dlouhodobých EKG záznamech pomocí přenosného EKG monitoru (Holter) se používají lepící elektrody, připevněné přímo na tělo.
Kůži pod elektrodou je třeba zvlhčit fyziologickým roztokem, vodou či EKG gelem pro zajištění dobré vodivosti.

Zemnící elektroda

N = neutral – zemnící elektroda (značí se černě).
Umísťuje se podobně jako F, jenže na opačnou (tj. zpravidla pravou) nohu.
Neměla by mít vliv na vlastní průběh EKG křivek.
Nepočítá se s ní v dalším výkladu o EEG svodech.
Nepočítá se tím pádem mezi končetinové elektrody (je to pomocná elektroda).
Spojuje neutrální potenciál přístroje s pacientem tak, aby se minimalizovalo rušení či přetížení vstupních zesilovačů ("plavání signálu").

Einthovenův trojúhelník

Končetinové elektrody vytváří pomyslný trojúhelník s vrcholy RLF.
Tento trojúhelník v Einthovenově zjednodušujícím modelu považujeme za rovnostranný (tj. všechny úhly 60°).
Einthoven připojoval měřící přístroj mezi různé páry končetinových elektrod a tak obdržel tři různé svody:
- I. = L - R,
- II. = F - R,
- III. = F - L.
Zápis značí, že I. svod je dán rozdílem potenciálů mezi elektrodami L a R. Atd. Pozor na pořadí u rozdílu!
Na obrázku: směr šipek a znaménka + a - znamenají, že (příklad pro I. svod):
- Při zvyšujícím se potenciálu L (směrem ke kladným hodnotám) jde křivka směrem nahoru (a naopak).
- Při zvyšujícím se potenciálu R (směrem ke kladným hodnotám) jde křivka směrem dolu (a naopak).
Toto označení může být někdy matoucí (+ na straně šipky a - na opačném konci), protože v elektrotechnice je tomu naopak (šipka u napětí směřuje od + k -), ale je to už zažitý zvyk.
Protože jsou výchylky v Einthovenových svodech dány rozdílem potenciálů dvou elektrod, nazývají se bipolární svody.
Jinými slovy, jedná se o bipolární zapojení elektrod.
Šipky označující svody I. II. III. můžeme chápat jako vektory, které mají určitý směr. Můžeme je posouvat.

Einthovenův souřadný systém

Přesuneme všechny vektory Einthovenova trojúhelníku tak, aby vycházely z jednoho bodu (ze srdce, umístěného teoreticky v jeho středu).
Tím se ozřejmí, že dostáváme osy souřadného systému ve frontální rovině (na rozdíl od kartézských souřadnic osy svírají úhly 60°).

Srdeční vektor v souřadném systému

Do vzniklého souřadného systému umístíme elektrický srdeční vektor (např. vektor komplexu QRS).
Naším cílem je zjistit, jak se jeho působení projeví v jednotlivých Einthovenových svodech.

Spuštění kolmic

Rozložíme el. srdeční vektor do jednotlivých souřadných os.
Stejně jako v kartézském souřadném systému spustíme od konce vektoru kolmice směrem k souřadným osám.

Průměty el. srdečního vektoru

Průsečíky kolmic s osami vymezí průměty vektoru el. srdeční osy do souřadných os.
Výška křivky na EKG záznamu (v odpovídajícím časovém okamžiku) v jednotlivých Einthovenových svodech I. II. III. bude nyní odpovídat těmto složkám.
Určení vektoru srdeční osy:
- V praxi se setkáme s opačnou úlohou: Z naměřených křivek zjistit vektor srdeční osy (např. komplexu QRS).
- Postupujeme přesně naopak:
  - Na osy vyneseme složky vektoru, zjištěné jako výška komplexu QRS v jednotlivých svodech.
  - Vedeme kolmice k osám.
  - Průsečík kolmic určí hledaný vektor.

Průměty v trojúhelníku

Víme, že vektory můžeme (při zachování směru a velikosti) libovolně posouvat.
Souřadné osy můžeme opět uspořádat do trojúhelníku.
Rozkládání vektoru na složky a jeho opětné skládání si můžeme dobře představit i v trojúhelníkovém uspořádání.

Průměty v centrovaném trojúhelníku

Stejně tak můžeme přesunout trojúhelník zpět na původní posici (s počátkem el. srdečního vektoru uprostřed).
Vidíme, že rozkládání vektoru na složky a jeho opětné skládání stále funguje.
Znaménka + u průmětů srdečního vektoru znamenají, že v daném případě směřují QRS komplexy ve všech Einthovenových svodech nahoru (vlna R je vyšší, tj. její potenciál je positivnější než průměr potenciálů vln Q a S).

Sklon elektrické srdeční osy

V případě, že je vyšetřovaný vektor vektorem srdeční osy (tj. jedná se o časový okamžik vrcholů vln P, T nebo R), můžeme uvedeným způsobem určit sklon odpovídající srdeční osy.
Úhel sklonu se měří tak, že:
- Úhel 0° leží na vodorovné ose (tj, ose I. svodu) ve směru elektrody L (podobně jako v geometrii).
- Úhly stoupají ke kladným hodnotám při otáčení vektoru dolů, tj. směrem k elektrodě F (opačně, než je tomu v geometrii).
- V normálních případech proto sklon srdeřní osy QRS nabývá kladných hodnot (v rozmezí cca 0°... 110°).

Wilsonovy unipolární svody

Na rozdíl od bipolárních svodů (Einthoven) sledujeme u unipolárních svodů změny potenciálu na jedné elektrodě, vztažené k nějakému referenčnímu bodu.
U Wilsonových svodů je tímto bodem Wilsonova svorka, na které je vytvořena průměrná hodnota potenciálu všech končetinových elektrod.
Označíme-li R, L, F potenciály na končetinových elektrodách a W potenciál Wilsonovy svorky, pak platí: W = (R+L+F)/3.
Pro potenciální rozdíl na unipolárních Wilsonových svodech VR, VL, VF potom platí:
- VR = R - W = (2R-L-F)/3,
- VL = L - W = (2L-R-F)/3,
- VF = F - W = (2F-L-R)/3.
V grafickém znázornění jsou Wilsonovy svody reprezentovány třemi vektory, vycházejícími ze středu trojúhelníka do jeho vrcholů (elektrod).
Wilsonovy svody tak vytvářejí systém tří os podobně jako Einthovenovy svody, ale pootočený oproti nim o 30°.
Wilsonovy a Einthovenovy svody se tak vzájemně doplňují a 6 svodů (3 bipolární a 3 unipolární) vytváří společně systém šesti os.

Wilsonova svorka

Zbývá otázka, jakým způsobem realizovat Wilsonovu svorku tak, aby na ní byla v každém okamžiku průměrná hodnota potenciálů všech tří elektrod.
Jednoduše: Spojením všech tří elektrod přes tři stejně velké rezistory do jednoho uzlu.

Augmentované svody

Wilsonovy svody mají oproti Einthovenovým o dost menší amplitudu (vektory jsou kratší).
Proto Goldberger v roce 1942 zvýšil voltáž unipolárních svodů tím, že referenční body umístil na protilehlé strany trojúhelníka.
Tím pádem se délka vektorů prodloužila o 1/2, tj. na 3/2 původní délky, a tolikrát se také zvýšilo napětí Goldbergových svodů oproti Wilsonovým.
Prodloužení = augmentace, proto se Goldbergovy svody jmenují augmentované (a na začátku): aVR, aVL, aVF.
Potenciál referenčního bodu Goldbergových svodů je průměrem potenciálů dvou zbývajících elektrod. Tudíž platí:
- aVR = (2R - L - F)/2,
- aVL = (2L - R - F)/2,
- aVF = (2F - R - L)/2.
- V porovnání se vztahy pro napětí Wilsonových svodů vídíme, že jsou skutečně 3/2-krát větší.

Referenční body augmentovaných svodů

Podobně jako u Wilsonovy svorky je průměrných potenciálů sousedních elektrod dosahováno odporovými děliči, složenými ze stejně velkých rezistorů.
Potřebujeme 3 děliče, každý má 2 rezistory, celkem 6 stejně velkých rezistorů.

Hexaxiální systém

Unipolární a bipolární svody se tak vzájemně doplňují a 6 svodů (3 bipolární a 3 unipolární) vytváří společný systém šesti os, do kterého je možné promítat elektrický srdeční vektor.

Hrudní svody

Soubor:Precordial Leads 2.svg

Precordial Leads.svg

Dosud jsme sledovali projekci elektrického srdečního vektoru ve frontální rovině.
Projekci v transversální rovině vytváří 6 hrudních (prekordiálních) svodů.
Jedná se o unipolární svody, tj. sledujeme potenciál každé elektrody vzhledem ke společné referenci.
Hrudní svody značíme V₁, V₂, V₃, V₄, V₅, V₆.

12-ti svodové EKG

Standardní 12-ti svodové EKG tedy tvoří:
- 3 bipolární končetinové Einthovenovy svody I., II., III;
- 3 unipolární končetinové augmentované svody aVR, aVL, aVF;
- 6 unipolárních prekordiálních svodů.

EKG přístroj

Historie

Einthoven neměl k disposici elektronické zesilovače, proto EKG křivku sledoval pomocí strunových galvanometrů.
Jako končetinové elektrody jsou použity nádoby s vodou nebo elektrolytem.

Diferenční zesilovač

Na vstupu EKG svodů jsou použity diferenční zesilovače s vysokou vstupní impedancí, která neovlivňuje měření.
Diferenční zesilovač má dva vstupy, přímý (označený symbolem +) a invertovaný (označený symbolem -).
Na svém výstupu zesiluje diferenci (rozdílové napětí) mezi oběma vstupy:
- Rostoucí potenciál na přímém vstupu působí vzrůst napětí na výstupu zesilovače.
- Rostoucí potenciál na invertovaném vstupu působí pokles napětí na výstupu zesilovače.
Dva vstupy diferenčního zesilovače se zapojují na stejná místa, jako se dřív zapojovaly strunové galvanometry u prehistorických EKG přístrojů.
Princip unipolárních a bipolárních svodů zůstává stejný.
Diferenční zesilovače umožní snížit rušivá napětí (rušivá napětí o stejné polaritě, přiváděná na diferenční vstupy, se vzájemně vyruší).
Někdy se používá název "diferenciální zesilovač", což může být zavádějící, neboť se zesiluje diference (rozdíl) a nikoliv diferenciál.

Elektrody na vstupech

Elektroda, připojovaná na přímý vstup, se někdy nazývá aktivní.
Elektroda, připojovaná na invertovaný vstup, se někdy nazývá referenční.
Mezi oběma elektrodami mohou, ale nemusí být kvalitativní rozdíly. Často jde jen o konvenci.

Bipolární zapojení

U bipolárního zapojení bývají vstupy diferenciálních zesilovačů zapojeny na dvě elektrody.
Jedna a táž elektroda může být zapojena ke vstupům různých zesilovačů.
Často tak vznikají řetězce, kdy zesilovače zesilují rozdíly mezi sousedními elektrodami.

Einthovenovo bipolární zapojení

Einthovenovo zapojení je bipolární zapojení, kdy je konec řetězce spojen se začátkem.
Diferenční zesilovače jsou tak zapojeny do kruhu (respektive do trojúhelníka).
Důležité je zapojení přímých a invertovaných vstupů u různých svodů.

Unipolární zapojení

Přímé vstupy jsou zapojeny každý na jednu aktivní elektrodu.
Invertované (referenční) vstupy jsou připojeny na společnou referenční elektrodu.
Společná referenční elektroda bývá nahrazena umlou referencí, vytvořenou spojením aktivních elektrod přes stejně velké odpory do jednoho bodu (Wilsonova svorka).
Wilsonovo zapojení lze realizovat pomocí tří zesilovačů (jako na obrázku).
Unipolární zapojení šesti prekordiálních elektrod lze realizovat podobným způsobem pomocí šesti diferenciálních zesilovačů.

Elektrody

Příprava elektrod a pacienta

Rozpleteme kabely s elektrodami a položíme stranou.
Povšimneme si, že přívody končetinových elektrod jsou delší než hrudních.
Uložíme pacienta uvolněně na záda.
Místa pro upevnění elektrod očistíme lihem a zvlhčíme fyziologickým roztokem.

Upevnění končetinových elektrod

Jako první upevňujeme zemnící elektrodu N na pravou nohu.
Upevníme kleštinové končetinové elektrody F, R, L.
Použití EKG gelu není zpravidla nutné, ale v případě potřeby jej můžeme použít. Obvykle vystačíme s řádným navlhčením pokožky.

Umístění hrudních elektrod

První žebra jsou schována za klíční kostí, jamka hned pod ní je první mezižebří.
Dopočítáme do čtvrtého mezižebří (u mužů zpravidla ve výši prsních bradavek).
Pomocí balónků umístíme přísavné hrudní elektrody (namísto V1...V6 jsou kabely označeny jako C1...C6):
- C1 a C2 na čtvrté mezižebří po obou stranách sterna,
- C6, C5 do páteho mezižebří, od levé strany hrudníku (pod jamkou v podpaždí),
- C3, C4 rovnoměrně mezi.
Zkontrolujeme rovnoměrné rozložení elektrod na plynulé linii a případně opravíme posici.

Odkazy

Související články

Externí odkazy

Viz zdrojová EKG prezentace

Použitá literatura

VOKROUHLICKÝ, L a J KVASNIČKA. Základy elektrografie. 1. vydání. Praha. 1984