A szív elektromos tevékenységének mérése

Az első emberi elektrokardiogram mérése Waller nevéhez köthető és több mint egy évszázadra nyúlik vissza (1887) [11]. Lippmann kapilláris elektrométerét és 5 elektródát használt méréseihez, 4 végtagi elektródát és egyet a szájra helyezve, ezzel 10 elvezetést hozott létre. Néhány évvel később Willem Einthoven hasonló technikával, majd az általa kifejlesztett húros galvanométerrel is megismételte az EKG méréseket és 1902-ben publikálta a klinikai EKG mérésről szóló cikkét, az elektrokardiogram fogalma is tőle ered [12-15]. Mérései során 3 végtagi elektródát használt (L-bal kéz, R - jobb kéz és F - bal láb). Ezt az elrendezést hívjuk ma Einthoven háromszögnek, vagy Einthoven

elvezetés-rendszernek. A szívizom elektromos tevékenysége dipólusnak tekinthető, ahol a pólusok nagysága és iránya idő függvényében változik, emiatt vektorként kezelhető. Dipólusnak két azonos nagyságú de ellentétes pólusú töltést értünk. Így egy sejt (rost) ingerületi állapota a hozzárendelt elemi dipólus-vektorral adható meg: ahol vektor a pozitív potenciálértékű területek felől a negatív felé mutat. A szív egészének potenciálállapota ezeknek az elemi dipólusoknak az összegével jellemezhető. Így belátható, hogy az Einthoven háromszög elektróda-elrendezése, melynek közepében a potenciálgenerátor szív helyezkedik el, jó kezdeti dipólus közelítést adott. Az elvezetésekben mért feszültségek arányosak lesznek a szívvektor adott elvezetésre vonatkozó vetületével.

A dipólus-vektor klinikailag fontos információt szolgáltat; elsősorban a vektorkardiográfiában alkalmazzák. A dipólus-vektorokat egymás után fűzve, annak térbeli és időbeli változását detektálják, hurokgörbével ábrázolják, ezt vektorkardiográfiának nevezik. Előnye, hogy az ingerületterjedési mechanizmust pontosan követi, hátránya viszont az, hogy nem ad lehetőséget az időtartamok közvetlen regisztrálására – emiatt alkalmatlan például ritmuszavarok diagnosztizálására.

4. ábra A standard 12 elvezetéses EKG mellkasi elvezetései

Az Einthoven által használt elvezetések bipolárisak, azaz a testfelület két pontja között mért potenciálok különbségéből adódnak. Unipoláris elvezetéseknél a testfelület egy potenciálértékét valós vagy mesterségesen meghatározott nulla (referencia) szinthez viszonyítják. Az unipoláris elvezetéseknél emiatt fontos kérdés a referenciaszint megválasztása. Az Einthoven háromszög feltevéséből kiindulva (hogy a szív a háromszög közepén helyezkedik el) célszerűnek tűnt az egyenletesen távol eső végtagi elvezetésből – elvezetésenként egy nagy ellenálláson (pl. 5kΩ) keresztül vezetve – meghatározni a nulla potenciált [16]. Az ennek segítségével elvezethető potenciálok értéke elég kicsi, emiatt Goldberger (1942-ben) bevezette az ún. augmented (erősített) unipoláris végtagi elvezetéseket (aVL, aVR, aVF), mely a potenciálkülönbségeket 50%-kal növeli [17]. 1944-ben Wilson és munkatársai bevezették az unipoláris mellkasi EKG elvezetéseket, jelölésük szerint a V1-V6 elvezetéseket, melynek test felületén történő elhelyezkedéseit mutatja be az 4. ábra.

Einthoven és Goldberger rendszerekkel együtt ez alkotja a ma standard 12 elvezetéses EKG rendszerként ismert technológiát [18].

A standard 12 elvezetéses EKG elvezetéseinek megnevezése I, II, III, aVR, aVL, aVF V1, V2, V3, V4, V₅, V_6, melyet 6 mellkasi és 3 végtagi elvezetésből származtatunk. Az elektródák felhelyezése a következő: V1 elvezetés: 4. bordaköz parasternalisan jobb oldalon, V2 elvezetés: 4.bordaköz parasternalisan bal oldalon, V3 elvezetés: a V2 és V4 között, V4 elvezetés: 5. bordaköz, bal medioclavicularis vonalban, V5 elvezetés: bal elülső hónaljvonalban a V4 magasságában, V6 elvezetés: bal középső hónaljvonalban a V4 magasságában. A végtagi elvezetések megfelelnek Einthoven három elvezetésének (R, L, F).

A 12 elvezetésből számított feszültség értékeket egy referencia-ponthoz viszonyítva adjuk meg, ez pedig általában az ún. „Wilson central terminal”, ami a három végtagi elvezetés átlagának tekinthető, technikailag úgy hogy ezeket egy nagy rezisztanciájú ellenálláson átvezetve földelik [16]. Ebből az következik, hogy a mellkasi unipoláris elvezetések (prekordiális elvezetések) a mért és a Wilson central terminal különbségeként adódnak.

W Vi

Vi =Φ −Φ i=1..6

A származtatott elvezetések (augmented) pedig:

2

F R L

aVR=Φ −Φ +Φ ,

2

F L R

aVL=Φ −Φ +Φ és

2

R F L

aVF =Φ −Φ +Φ

5. ábra Normál elektrokardiogram hullámai és intervallumai (I) a V6-os elvezetésben (μV-ban)

A 5. ábra a normál EKG V6 elvezetésben mérhető időfüggvényét mutatja, a nevezetesebb hullámokkal és intervallumokkal. A hullámokat az amplitúdó lokális szélsőértékei alapján abc sorrendben nevezték el –ez nemzetközileg elfogadott jelölésrendszer-, az egyes intervallumoknak elektrofiziológiai jelentéstartalma van. A P hullám a pitvari ingerületterjedést, a PQ szakasz a pitvarok egészére kiterjedt ingerületi állapotot, a QRS komplexus a kamrai depolarizációt és pitvari repolarizációt, az ST szakasz a kamrák egészére kiterjedt ingerületi állapotot, a T hullám pedig a kamrai repolarizációt jelöli. Egyes esetekben megjelenik még az U hullám is. Az akciós potenciálok tulajdonságai miatt a repolarizációs fázis is az epikardiumtól az endokardium felé halad, épp emiatt lehet a repolarizációs szakaszt jelző T

hullám is pozitív polaritású. Az ST szakasz normál esetben nulla potenciálértékű, ami a szívizomsejtek plató fázisának nyugalmi időszakát jelzi [2].

A 12 elvezetéses EKG szabványosítási törekvései 1954-ben kezdődtek meg és ezt a szabványt az American Heart Association (AHA) időről időre felülvizsgálja, és új ajánlásokat ad ki. A szabványosított 12 elvezetéses EKG mérés követelményei között az elektródák helyének pontos megjelölésén kívül szerepel az 500Hz-es mintavételi frekvencia 12 bit pontossággal, az 5µV jelfelbontási képesség is. Az EKG a PQRST szakaszon bekövetkezett amplitúdó és intervallum eltéréseket vizsgálja, különös tekintettel a ritmus és hullámalak eltérések esetére. Ezen az elgondoláson alapuló un. Minnesota kódrendszert fejlesztett ki Blackburn 1960-ban, amit azóta többszörösen átdolgoztak [19, 20]. Ez vált az EKG kiértékelésének alapvető szabályrendszerévé, melyet folyamatosan továbbfejlesztenek, és ma már automatizált EKG kiértékelő validált algoritmusok állnak rendelkezésünkre. A Common Standards of Electrocardiology projekt referencia adatbázisa elősegíti, hogy a gyártók, fejlesztők a szolgáltatások szintjén egymással kompatibilis rendszereket hozhassanak létre [193]. A 12 elvezetéses rendszer vizsgálata és megfelelő klinikai diagnosztizálási eljárások kidolgozása odáig vezetett, hogy bizonyos patológiás elváltozásokat akár 90%-os biztonsággal is lehet detektálni, de más betegségek esetében a diagnosztikai pontosság ennél lényegesen kisebb.

Az EKG méréssel számos kardiális eredetű problémát lehet kimutatni:

• A szív ingerképző rendszerének problémáit: a szív ritmusából eredő abnormálisan gyors vagy lassú ritmusokat (tachicardia, bradicardia)

• A szív megváltozott szervi ingervezetési tulajdonságait, melyek a háttérben levő megváltozott metabolikus vagy szervi problémákat jelzik

• A szív munkaizomzatában megváltozott ingervezetés kihatásait (miokardiális infarktus)

• A véráram útjának lokális károsodását és az általa okozott oxigénhiányos állapotot (instabil angina)

• A kardiális rendszer kedvezőtlen változásainak hatását (a szív, mint szerv, vagy az egész keringési rendszerre vonatkozó elváltozások esetében, mint pl. a magas vérnyomás és a pajzsmirigy rendellenességek).

• A kardiális rendszer egyéb – a légzési rendszerrel összefüggő káros hatásait (emphysema, tüdőembólia)

• Bizonyos veleszületett szívrendellenességeket.

• A vér elektrolit szintjének változásait (különös tekintettel a K, Ca, Na és Mg ionokra)

• A szív izomzatának gyulladásos megbetegedéseit (myocarditis, pericarditis).

Számos egyéb feladatra specializálódott elektrokardiológiai mérőrendszer is létezik, melyek az alkalmazási terület és a felhelyezett elektródák száma és lokalizációja szerint folyamatosan változnak.

Alapkoncepciójuk szerint az adott feladatot (pl. hosszú távú monitorozás, vagy a potenciál-eloszlás

pontos térbeli megfigyelése) tekintve a lehető legtöbb – diagnosztikai szempontból fontos – többletinformáció megszerzése miatt célirányosan fejlesztették ki őket. Ilyen célalkalmazások egyrészt a Holter monitor illetve a vektorkardiográfiai alkalmazások, másfelől pedig a testfelszíni potenciáltérképező rendszerek.