ĆW. M3

Aktywność elektryczna serca. Elektrokardiografia.

1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

• Pole magnetyczne- stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia, w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego albo obu.
  
  Pole elektryczne- przestrzeń, w której na umieszczone w niej ładunki elektryczne działają siły elektryczne. Ładunek elektryczny, wokół którego powstaje pole elektryczne nazywamy źródłem pola.

• Kierunek i zwrot linii pola elektrostatycznego określa kierunek i zwrot siły, jaka działa na ładunek próbny (bardzo mały i zawsze dodatni) umieszczony w tym polu. Wartość siły elektrycznej działającej na ładunek jest tym większa, im silniejsze jest źródło pola.
  
  Rodzaje pól elektrostatycznych:

• Pole centralne wokół ładunku ujemnego: Pole centralne pochodzi od jednego ładunku i linie pola rozchodzą się promieniście do jego położenia.

• Pole centralne wokół ładunku dodatniego: Pole centralne pochodzi od jednego ładunku i linie pola rozchodzą się promieniście od jego położenia.

• Pole centralne wokół układu dwóch ładunków różnoimiennych.

• Pole centralne wokół układu dwóch ładunków jednoimiennych - dodatnich.

• Pole centralne wokół układu dwóch ładunków jednoimiennych - ujemnych.

• Pole jednorodne: Pole jednorodne uzyskujemy między równolegle ułożonymi względem siebie naładowanymi metalowymi płytami. Linie pola są równoległe, a wartość siły, która działa na ładunek umieszczony w dowolnym punkcie pola jest stała.

Dipol to układ dwóch różnoimiennych ładunków lub biegunów magnetycznych. Układ można scharakteryzować przez wektor zwany momentem dipolowym. Dipol wytwarza charakterystyczne pole zwane polem dipolowym.

Ładunek elektryczny ciała (lub układu ciał) - fundamentalna własność materii przejawiająca się w oddziaływaniu elektromagnetycznym ciał obdarzonych tym ładunkiem. Ciała obdarzone ładunkiem mają zdolność wytwarzania pola elektromagnetycznego oraz oddziaływania z tym polem.
Ładunek elektryczny ciała może być dodatni lub ujemny. Dwa ładunki jednego znaku odpychają się, a pomiędzy ładunkiem dodatnim i ujemnym działa siła przyciągająca.

Potencjałem elektrycznym
w dowolnym punkcie P pola nazywa się stosunek pracy W wykonanej przez siłę elektryczną przy przenoszeniu ładunku q z tego punktu do nieskończoności, do wartości tego ładunku:

.

Jednostką potencjału jest 1 V (wolt) równy 1 J / 1 C (dżulowi na kulomb).

Napięcie elektryczne - różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. Wyraża to wzór

przy czym zakłada się, że przenoszony ładunek jest na tyle mały, iż nie wpływa znacząco na zewnętrzne pole elektryczne.

Natężenie prądu (nazywane potocznie prądem elektrycznym) - wielkość fizyczna charakteryzująca przepływ prądu elektrycznego zdefiniowaną jako stosunek wartości ładunku elektrycznego przepływającego przez wyznaczoną powierzchnię do czasu przepływu ładunku.

Definicję tę zapisujemy formalnie jako pochodną ładunku po czasie^[1]:

Gdzie: (jednostki w układzie SI)

- zmiana ładunku równoważna przepływającemu ładunkowi (kulomb),

- czas przepływu ładunku (sekunda),

- natężenie prądu elektrycznego (amper).

• Prawo Ohma: Stosunek natężenia prądu płynącego przez przewodnik do napięcia pomiędzy jego końcami jest wielkością stałą, niezależną od napięcia i natężenia prądu.

• U - napięcie między końcami przewodnika [V],
  I - natężenie prądu [A],
  
  

• Wzór na oporność:

• U - napięcie między końcami przewodnika [V].
  I - natężenie prądu [A]
  
  1Ω=
  
  
  

• I Prawo Kirchhoffa odnosi się do sytuacji gdy prąd płynący w jakimś układzie ulega rozgałęzieniu, czyli gdy przewody z prądem łączą się w jakimś punkcie. Jeśli w jakimś czasie do rozgałęzienia dopłynął ładunek q, to w tym samym czasie z tego rozgałęzienia musiał również taki sam ładunek q odpłynąć. Ponieważ ładunek wpływający, czy wypływający w jednostce czasu to nic innego jak natężenie prądu I, więc prawo to można sformułować odwołując się do tego pojęcia natężenia prądu:

Suma natężeń prądów wpływających do rozgałęzienia, równa jest sumie natężeń prądów wypływających z tego rozgałęzienia.

Σ I_wpływające = Σ I_{wypływające}

II prawo Kirchhoffa odnosi się do spadków napięć na elementach obwodu. Wynika ono ze zrozumienia faktu, że jeżeli gdzieś na oporniku jest jakieś napięcie, to znaczy, że musi też gdzieś istnieć źródło które wywołało prąd przepływający przez opornik. I wszystkie napięcia pochodzące od źródeł muszą sumować się z napięciami odkładającymi się na opornikach.

W obwodzie zamkniętym suma spadków napięć na wszystkich odbiornikach prądu musi być równa sumie napięć na źródłach napięcia.

U_E  = U₁ + U₂

U_E - napięcie na źródle

U₁, U₂ - napięcie na opornikach

W "stanie spoczynku" komórka mięśnia sercowego znajduje się w stanie tzw. potencjału spoczynkowego (polaryzacji), czyli przezbłonowego gradientu ładunków elektrycznych:

• potencjał spoczynkowy wynosi ok. -90 mV

• jony sodu znajdują się w większym stężeniu na zewnątrz komórki, jony potasu w większym wewnątrz niej

• błona komórkowa jest praktycznie nieprzepuszczalna dla jonów sodu w trakcie spoczynku

• błona komórkowa w stanie spoczynku jest przepuszczalna dla jonów potasu

• różnica potencjału pomiędzy wnętrzem komórki a przestrzenią międzykomórkową utrzymywana jest enzymatycznie, aktywnie przez pompę jonową 

W potencjale czynnościowym wyróżniamy pięć faz:

• faza 0 (szybka depolaryzacja) - zależy od szybkiego dośrodkowego prądu sodowego

• faza 1 (wstępna szybka repolaryzacja) - dośrodkowy prąd chlorkowy i odśrodkowy prąd potasowy

• faza 2 (powolna repolaryzacja) - tzw. faza plateau (stabilizacja potencjału równowagą pomiędzy dośrodkowym prądem wapniowo-sodowym a odśrodkowym prądem potasowym)

• faza 3 (szybka repolaryzacja) - przewaga odśrodkowego prądu potasowego nad wygasającym dośrodkowym prądem wapniowo-sodowym

• faza 4 (polaryzacja) - faza spoczynku, polaryzacji

Wektorowy model serca

Rozsunięte na pewną odległość różnoimienne ładunki elektryczne tworzą dipol elektryczny. Ładunki elektryczne rozmieszczone po wewnętrznej i zewnętrznej stronie błony komórkowej możemy traktować jako zbiór małych dipoli, które są źródłem pola elektrycznego.

Każdy dipol charakteryzuje elektryczny moment dipolowy:

gdzie:

p= q × l

q - wartość ładunku elektrycznego

l - wektor łączący obydwa ładunki o zwrocie od ładunku dodatniego do ujemnego.

Ponieważ punkty na ciele, pomiędzy którymi mierzymy spadek potencjału są w dużo większej odległości niż poszczególne dipole, momenty dipolowe wszystkich małych dipoli na błonach komórkowych mięśnia sercowego sumują się. Dlatego serce możemy traktować jako jeden duży dipol o wypadkowym momencie dipolowym. W trakcie przechodzenia fali depolaryzacji wypadkowy moment dipolowy ulega zmianie, co jest źródłem spadku napięcia mierzonego na skórze w różnych punktach ciała. Wypadkowy moment dipolowy serca zmierzony w danej chwili jest nazywany chwilowym wektorem elektrycznym serca. Wektor ten ma punkt zaczepienia w środku serca, a jego kierunek i zwrot zmienia się zgodnie z przebiegiem fali depolaryzacyjnej. Jeżeli uśrednimy chwilowe wektory elektryczne serca z czasu depolaryzacji komór (załamek QRS) i zrzutujemy taki wektor na płaszczyznę to otrzymamy oś elektryczną serca.

• Charakterystyka EKG - elektrokardiogram

Elektrokardiogram jest graficznym zapisem zmian potencjałów w trakcie depolaryzacji i repolaryzacji komórek mięśnia sercowego. Na poziomie pojedynczego kardiomiocytu zmiany elektryczne prezentują się następująco, a ich znajomość jest niezbędna, by zrozumieć charakterystyczne zmiany potencjału krzywej EKG

Na wykresie EKG analizuje się:

• linię izoelektryczną - linia pozioma zarejestrowana w czasie, gdy w sercu nie stwierdza się żadnych pobudzeń (aktywności). Najłatwiej wyznaczyć ją według odcinka PQ. Stanowi ona punkt odniesienia poniższych zmian

• załamki - wychylenia od linii izoelektrycznej (dodatni, gdy wychylony w górę; ujemny, gdy wychylony w dół)

• odcinki - czas trwania linii izoelektrycznej pomiędzy załamkami

• odstępy - łączny czas trwania odcinków i sąsiadującego załamka

• Załamki

• załamek P - jest wyrazem depolaryzacji mięśnia przedsionków (dodatni we wszystkich 11 odprowadzeniach, poza aVR, tam ujemny)

• zespół QRS - odpowiada depolaryzacji mięśnia komór

• załamek T - odpowiada repolaryzacji komór

• czasami też załamek U

• Odcinki

• odcinek PQ - wyraża czas przewodzenia depolaryzacji przez węzeł przedsionkowo-komorowy (AV)

• odcinek ST - okres początkowej repolaryzacji mięśnia komór

• Odstępy

• odstęp PQ - wyraża czas przewodzenia depolaryzacji od węzła zatokowo-przedsionkowego do węzła przedsionkowo-komorowego

• odstęp ST - wyraża czas wolnej i szybkiej repolaryzacji mięśnia komór (2 i 3 faza repolaryzacji)

• odstęp QT - wyraża czas potencjału czynnościowego mięśnia komór (depolaryzacja + repolaryzacja)

2. TABELA POMIARÓW

	odległość w mm (szybkość zapisu .......mm/s)	czas trwania (s)
załamek P
odcinek P-Q
odstęp P-Q
zespół QRS
odstęp R-R
odcinek P-P

	ciśnienie skurczowe	ciśnienie rozkurczowe
w spoczynku
po wysiłku

---