Wyjaśnienie EKG: Jak Fala P-QRS-T Koduje Serce

Co w rzeczywistości mierzą EKG

Każde uderzenie serca rozpoczyna się jako fala prądu jonowego, a nie jak ściskanie mechaniczne. Węzeł przedsionkowo-skuteczny (SA), niewielki obszar samoistnie pobudzających komórek w prawym przedsionku, spontanicznie depolarizuje około raz na sekundę i wysyła falę aktywacji rozchodzącą się przez mięsień przedsionkowy. Ta fala skupia się w węźle przyścienniczym (AV), jest celowo opóźniona o około 0,1 s, aby umożliwić atriom skończone opróżnienie do zastawki, a następnie z dużą prędkością rozchodzi się przez pędy Hisa i włókna Purkiniego, depolarizując jednocześnie oba żołądki niemal jednocześnie. Każda z tych fal przesyłających depolarizację i repolarzację tworzy mały, zmienny dipol napięcia w klatce piersiowej, na poziomie miliwoltów na skórze – niewielki, ale łatwo wykrywalny przez elektrody i wzmocniony do odczytanego wycinka, który czyta lekarz.

Budowanie śladu z pięciu asymetrycznych symetrii Gaussa

Prawdziwy EKG generowany jest przez rozwiązywanie równań dla milionów sprzężonych komórek sercowych, co jest przesadą dla interaktywnej demonstracji. Standardowym skrótem, popularnym dzięki modelowi dynamicznemu EKG McSharry'a et al. z 2003 roku, jest zauważenie, że każdy spadek w rytmie – fala P (depolaryzacja przedsionków), złożony QRS (szybka depolaryzacja komór i) oraz fala T (repolaryzacja komór) – przypomina wystarczająco dobrze krzywą symetryczną Gaussa, aby można było zbudować cały rytm jako sumę pięciu asymetrycznych symetrii Gaussa, każda z nich skoncentrowana na punkcie charakterystycznym: z(θ) = Σ_i a_i · exp( -Δθ_i² / (2 b_i²) ) i ∈ {P, Q, R, S, T} Δθ_i = θ - θ_i (odległość kątowa od punktu charakterystycznego i na cyklu sercowym) a_i = amplituda tej fali (R jest najwyższa, ~1 mV; P i T są mniejsze i szersze) b_i = szerokość tej fali (QRS jest wąska i ostra; T jest szeroka i niska) Amplituda każdej symetrii Gaussa, jej szerokość i przesunięcie czasowe względem wierzchołka R są strojne tak, aby pasowały do typowego wykresu – wąskiego, wysokiego przebiegu R, otoczonego małym negatywnym Q i S spadkiem, delikatnym wypukłym łóżkiem P przed nim oraz szerokim wypukłym łóżkiem T po nim. Zsumuj pięć i powtórz raz na każde odstępstwo R-R, a otrzymany obraz wizualnie nie różni się od czystego wykresu II przewodu prowadniczego. Dodaj wolny drgający poziom bazowy i trochę szumu Gaussa, a wygląda to dokładnie jak prawdziwy monitor.

z(θ) = Σ_i  a_i · exp( -Δθ_i² / (2 b_i²) )      i ∈ {P, Q, R, S, T}

Δθ_i = θ - θ_i     (angular distance from landmark i on the cardiac cycle)
a_i   = amplitude of that wave  (R is tallest, ~1 mV; P and T are smaller and wider)
b_i   = width of that wave       (QRS is narrow and sharp; T is broad and low)

12 odczytów, jedno serce, dwanaście kątów

Standardowy EKG kliniczny nie wykorzystuje jednego parownika, lecz dwunastu jednoczesnych widoków tego samego podstawowego wektora serca. Wykonane w sposób standardowy przewody kończynowe I, II i III tworzą trójkąt Einthoven’a wokół tułowia; przewody kończynowe wzmocnione aVR, aVL i aVF są matematycznie wyliczone „wzmocnione” przewody kończynowe, a V1 do V6 obejmują klatkę piersiową od prawego brzegu mostka do lewego pordka. Ponieważ każdy przewód jest w zasadzie projekcją tego samego 3D dipola elektrycznego na inny os, fala uderzeniowa skierowana w stronę dodatniego elektrody danego przewodu podnosi rysunek, a ta oddalająca się z niego – obniża go – więc to samo uderzenie serca produkuje dwunastych różnych wzorów, które są ze sobą spójne i porównywanie ich jest tym, jak klinicyzm lokalizują, gdzie w sercu występuje problem.

Od regularnego rytmu do arytmii

Zwykły rytm przedsionkowy to po prostu powtarzający się, stały, fizjologiczny rytm P-QRS-T z jednym falą P poprzedzającą każdy QRS. Tachycardia i bradykardia przedsionkowe to ten sam zorganizowany rytm, tylko szybciej lub wolniej niż normalnie. Arytmia przedsionkowa jest jakościowo inna: przedsionki przestają przewodzić pojedynczą skoordynowaną falę P i zamiast tego wyzwalają chaotyczne re-entry z wielu konkurujących obwodów, więc fala P zanika w drobnych, nieregularnych fali drgań a reakcja komór spalonego węglowego – nieprzewidywalnie sterowana przez węzeł AV – staje się nieregularna i nieregularna. Tachycardia komorowa zastępuje wąski QRS szerokim, szybkim, monomorficznym, generowanym z anormalnego punktu ogniskowego w komorach zamiast systemu Purkinjego. Arytmia komorowa jest najpoważniejsza: komory tracą całą skoordynowaną aktywność i drżą zamiast kurczyć się, a wymazanie zanika w chaotycznych, niezrozumiałych oscylacjach bez przepływu krwi – stan medyczny wymagający leczenia tylko defibrylacją.

Symulowanie arytmii obliczeniowo

Symulator Gaussa odtwarza każdy z tych presetów poprzez zaburzanie tego samego modelu o pięciu wypukłosciach, a nie modelując każdą komórkę. Tachycardia i bradycardia po prostu skracają lub wydłużają interwał R-R. Atrial fibrillation usuwa Gaussianowy P-wave i zastępuje go szumem o niskiej amplitudzie i wysokiej częstotliwości, a następnie losuje interwał R-R od uderzenia do uderzenia. Ventricular tachycardia szerzy i przekształca Gaussianowy QRS oraz dramatycznie przyspiesza tempo. Ventricular fibrillation całkowicie porzuca model oparty na punktach charakterystycznych, na rzecz szumu o skończonej amplitudzie i chaotycznym, bez powtarzalnej struktury — co, nieprzypadkowo, jest dokładnie tym, jak wygląda rzeczywista aktywność elektryczna po utracie organizacji.

Frequently asked questions

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz ECG Simulator i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.