Elettrocardiogramma

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Elettrocardiogramma
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L'elettrocardiogramma (ECG) è la registrazione e la
riproduzione grafica dell'attività elettrica del cuore che si
verifica nel ciclo cardiaco.
Indice
1 Storia
2 Tracciato dell'elettrocardiogramma
2.1 Il dipolo cardiaco
2.2 Le derivazioni elettrocardiografiche
2.2.1 Derivazioni bipolari
2.2.2 Derivazioni unipolari aumentate
2.2.3 Derivazioni precordiali
2.2.4 Derivazioni ortogonali o di Frank
2.3 Analisi del vettore dipolo del cuore sul piano
frontale
2.4 Asse cardiaco
3 Anomalie cardiache ed ECG
3.1 Ritmi sinusali anormali
3.1.1 Tachicardia sinusale
3.1.2 Bradicardia sinusale
3.1.3 Aritmia sinusale
3.2 Ritmi anormali dovuti a blocco della conduzione
degli impulsi
3.2.1 Blocco seno-atriale
3.2.2 Blocco atrioventricolare
3.2.3 Extrasistole ventricolare
3.3 Ritmi anormali dovuti a patologie
cardiocircolatorie
3.3.1 Ischemia e infarto miocardico
3.3.2 Fibrillazione ventricolare
3.3.3 Asistolia
3.4 Ingrandimenti delle camere cardiache
3.4.1 Ingrandimenti atriali
3.4.2 Ingrandimenti ventricolari
4 Lo sviluppo in multipolo
4.1 Multipole expansion
4.2 Sviluppo del potenziale di superficie con le
armoniche sferiche
5 Note
6 Bibliografia
7 Voci correlate
8 Altri progetti
Schema di un elettrocardiogramma
Animazione di una traccia ECG normale in
prima derivazione
Storia
Nel XIX secolo divenne chiaro che il cuore generava elettricità. Il primo sistematico approccio al
cuore dal punto di vista elettrico fu fatto da Augustus Desiré Waller, al St Mary's Hospital a
Paddington, Londra. Nel 1911 si poterono apprezzare le prime applicazioni cliniche derivate dal suo
lavoro. Il passo avanti venne fatto da Willem Einthoven con il suo galvanometro (costruito già nel
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1903[1]), il quale era molto più preciso del galvanometro usato da Waller. Einthoven assegnò le
lettere P, Q, R, S e T alle varie onde e descrisse i tracciati elettrocardiografici di molte malattie
cardiovascolari. Per questa scoperta fu insignito del premio Nobel per la Medicina nel 1924.
Tracciato dell'elettrocardiogramma
Il principio su cui si basa la misurazione dell'attività elettrica del cuore è prettamente fisiologico:
l'insorgere degli impulsi nel miocardio porta alla generazione di differenze di potenziale (in seguito
ddp), che variano nello spazio e nel tempo e che possono essere registrate tramite degli elettrodi. La
registrazione della ddp da parte di elettrodi posti sulla superficie corporea avviene grazie alla
conducibilità dei liquidi interstiziali del corpo umano. Il tracciato elettrocardiografico rappresenta il
metodo più facile, meno dispendioso e più pratico per osservare se l'attività elettrica del cuore è
normale oppure se sono presenti patologie di natura meccanica o bioelettrica. Il normale tracciato
ECG presenta un aspetto caratteristico che varia soltanto in presenza di problemi. Il tracciato è
caratterizzato da diversi tratti denominati onde, positive e negative, che si ripetono ad ogni ciclo
cardiaco.
Onda P: è la prima onda che si genera nel ciclo, e
corrisponde alla depolarizzazione degli atri. È di piccole
dimensioni, poiché la contrazione degli atri non è cosi
potente. La sua durata varia tra i 60 e i 120 ms, l'ampiezza (o
altezza) è uguale o inferiore ai 2,5 mm.
Complesso QRS: si tratta di un insieme di tre onde che si
susseguono l'una all'altra, e corrisponde alla depolarizzazione
dei ventricoli. L'onda Q è negativa e di piccole dimensioni, e
corrisponde alla depolarizzazione del setto interventricolare;
la R è un picco molto alto positivo, e corrisponde alla
Prima derivazione
depolarizzazione dell'apice del ventricolo sinistro; la S è
un'onda negativa anch'essa di piccole dimensioni, e
corrisponde alla depolarizzazione delle regioni basale e posteriore del ventricolo sinistro. La durata
dell'intero complesso è compresa tra i 60 e 90 ms. In questo intervallo avviene anche la
ripolarizzazione atriale che però non risulta visibile perché mascherata dalla depolarizzazione
ventricolare.
Onda T: rappresenta la ripolarizzazione dei ventricoli. Non sempre è identificabile, perché può
anche essere di valore molto piccolo.
Onda U: è un'onda che non sempre è possibile apprezzare in un tracciato, dovuta alla
ripolarizzazione dei muscoli papillari.
Tratto ST: rapprenta il periodo in cui le cellule ventricolari sono tutte depolarizzate e pentanto non
sono rilevabili movimenti elettrici. Da ciò deriva che di norma è isoelettrico, cioè posto sulla linea di
base del tracciato, da cui si può spostare verso l'alto o il basso di non più di 1mm.
Intervallo QT: rappresenta la sistole elttrica, cioè il tempo in cui avviene la depolarizzazione e la
ripolarizzazione ventricolare. La sua durata varia al variare della frequenza cardiaca, generalmente si
mantiene tra i 350 e i 440ms.
Il tracciato ECG viene compilato su carta millimetrata, che scorre nell'elettrocardiografo ad una
velocità di 25 mm al secondo, quindi cinque lati di quadrati da 5 mm rappresentano 1 secondo. È
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quindi facile immaginare come si possa immediatamente ricavare la frequenza cardiaca, valutando
quanto tempo passa tra un ciclo e l'altro (si misura il tempo intercorso tra due complessi QRS). A
solo titolo di esempio se abbiamo un complesso ogni 4 quadrati da 5 millimetri, significa che la
nostra frequenza è attorno ai 75 battiti al minuto. Ovvero, visto che ogni quadrato da 5 mm
corrisponde a 0.2 sec e, quindi, 4 quadrati a 0.8 sec, basterà dividere 60 sec (1 minuto) per 0.8 sec
per ottenere la frequenza di 75 battiti al minuto, appunto.
Il dipolo cardiaco
Per approfondire, vedi la voce Vettori elettrici del cuore.
Possiamo considerare il cuore, dal punto di vista elettrico come un dipolo. Prendiamo una fibra
miocardica, isoliamola, poniamo due elettrodi (A e B) all'inizio e alla fine della fibra; gli elettrodi
vengono collegati ad un voltmetro per misurare la differenza di potenziale. Quando siamo in
condizioni di riposo, il voltmetro non segnerà nulla: questo accade perché la fibra è isopotenziale
all'esterno e non essendoci nulla a mutare questa condizione, si avranno cariche positive all'esterno e
negative all'interno.
Eccitiamo ora la fibra; siamo nella condizione in cui un potenziale d'azione comincia a diffondersi.
Dove il potenziale d'azione si propaga, la differenza tra esterno ed interno si inverte, l'elettrodo che è
posto sulla parte interessata dalla depolarizzazione leggerà un valore negativo, nonostante sia posto
all'esterno della fibra. Questo accade perché l'elettrodo, che legge il valore elettrico esterno, cioè
quello che non sta nel citoplasma (negativo in condizione di riposo, positivo in condizione di
eccitamento), ma quello sulla superficie cellulare (positivo in stato di riposo, negativo in condizione
di eccitamento), registra il fenomeno dell'inversione da positivo a negativo sulla superficie cellulare
perché lo stato della superficie cellulare è specularmente opposto a quello del citoplasma. Nel nostro
caso è l'elettrodo A che viene investito per primo dal potenziale d'azione, esso sarà negativo se
confrontato con l'elettrodo B, che sta ancora in una parte di fibra a riposo. Si parla in questo caso di
dipolo in movimento. Desumiamo che: l'elettrodo che vede il fronte d'onda avvicinarsi, diventa
positivo rispetto a quello che lo vede allontanarsi perché il primo elettrodo registra una positività
dell'esterno della cellula corrispondente alla condizione per cui il potenziale d'azione non è ancora
arrivato a quei limiti della cellula. Nel caso invece in cui si pongano due elettrodi A e A',
perpendicolari al propagarsi dell'impulso, la misurazione del voltmetro sarà nulla, perché il fronte
d'onda investe i due elettrodi contemporaneamente.
Possiamo usare un artifizio matematico per semplificare e capire il problema: utilizziamo il vettore
dipolo, che è un vettore che ha verso che va dall'elettrodo negativo al positivo, direzione parallela
alla congiungente degli elettrodi e modulo proporzionale alla differenza di potenziale che si genera
tra gli elettrodi. Gli elettrodi rilevano la proiezione del vettore dipolo sulla propria congiungente, di
conseguenza due elettrodi paralleli al vettore misurano la differenza di potenziale massima, due
elettrodi perpendicolari non misurano nulla. Chiamiamo la congiungente degli elettrodi derivazione.
È necessario introdurre più di una derivazione ed è necessario che esse abbiano posizioni diverse;
infatti se consideriamo che la fibra può presentare flessioni, questo significa che il vettore dipolo
ruoterà e se poco prima una derivazione bastava a studiarlo, subito dopo se ne rendono necessarie
almeno due non parallele tra loro.
Il discorso fatto finora è una semplificazione, poiché abbiamo considerato una sola fibra cardiaca;
nella realtà la massa cardiaca si comporta sincizialmente anche a livello elettrico e ogni fibra produce
un proprio vettore dipolo. La registrazione, quindi, non avviene per singola fibra, ma considerando il
miocardio tutto insieme; per questo motivo il vettore dipolo del cuore è la risultante dei vettori delle
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singole fibre. La registrazione di questo vettore risultante e la sua evoluzione nel tempo si chiama
vettorcardiogramma.
Le derivazioni elettrocardiografiche
Come già detto, per registrare un
elettrocardiogramma è necessario disporre di
elettrodi posti sulla superficie corporea,
formando delle derivazioni sistemate in maniera
tale da poter analizzare bene le variazioni del
vettore dipolo del cuore.
Le 12 derivazioni standard
Derivazioni bipolari
Per approfondire, vedi la voce Triangolo di Einthoven.
Si usano tre elettrodi posizionati rispettivamente sulla spalla sinistra, sulla spalla destra e sull'osso
pubico. Poiché dal punto di vista elettrico gli arti sono da considerarsi come conduttori, per facilitare
il posizionamento degli elettrodi stessi, questi vengono posti sui polsi sinistro e destro e sulla
caviglia sinistra. Abbiamo formato, con gli elettrodi un triangolo equilatero: il triangolo di
Einthoven, che ha al suo centro il cuore.
Ponendo tre elettrodi abbiamo altrettante derivazioni: la I derivazione tra spalla destra e sinistra, la II
derivazione tra spalla destra e gamba sinistra, la III derivazione tra spalla sinistra e gamba sinistra.
Per queste derivazioni è necessario porre delle convenzioni tali per cui:



in I derivazione il tracciato va verso l'alto quando la spalla sinistra è positiva rispetto alla
destra
in II derivazione il tracciato va verso l'alto quando la gamba sinistra è positiva rispetto alla
spalla destra
in III derivazione il tracciato va verso l'alto quando la gamba sinistra è positiva rispetto alla
spalla sinistra
Considerando che si hanno a questo punto 3 derivazioni e che il piano frontale su cui noi dobbiamo
analizzare il vettore dipolo è di 360°, deduciamo che si ha una divisione del piano in tre parti da 120°
ciascuna. Questo tuttavia non è sufficiente per registrare in maniera adeguata gli eventuali
cambiamenti del vettore; è necessario, di conseguenza, avere altre derivazioni.
Derivazioni unipolari aumentate
L'idea è quella di aggiungere altre tre derivazioni, che esplorino il piano frontale lungo le bisettrici
degli angoli del triangolo di Einthoven: collegando gli estremi di ciascuna derivazione con due
resistenze uguali e utilizzando la giunzione tra di esse come riferimento, rispetto all'elettrodo posto
sul vertice opposto del triangolo, ottengo la registrazione lungo altre tre direttrici, corrispondenti
appunto alle bisettrici del triangolo stesso. In questo modo, considerando la giunzione delle due
resistenze come l'elettrodo di riferimento e come gli elettrodi su spalla sinistra e destra e gamba
sinistra come elettrodi esploranti, si ottengono le tre derivazioni unipolari degli arti. Esse sono
chiamate Vfoot (Vf) fra punto centrale delle spalle e la gamba sinistra, Vright (Vr) tra punto centrale
spalla sinistra-gamba e spalla destra e Vleft (Vl) tra punto centrale spalla destra-gamba e spalla
sinistra. Anche in questo caso è necessario dare delle convenzioni:
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

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innanzi tutto i valori ottenuti vengono amplificati, in modo da poter essere raffrontati con
quelli delle derivazioni bipolari, in questo modo i valori si indicano con aVr, aVl e aVf.
per convenzione il pennino va verso l'alto quando l'elettrodo esplorante diviene positivo
rispetto a quello di riferimento, ovvero quando l'onda di depolarizzazione va verso l'elettrodo
esplorante.
poiché nella derivazione aVr, il tracciato diviene negativo, per facilitare la lettura si moltiplica
questo segnale per -1 (questa è una operazione che la macchina elettrocardiografica attua
automaticamente).
Riassumendo siamo arrivati ad esplorare l'attività cardiaca con 6 derivazioni che ci permettono di
dividere il piano frontale in zone da 60° l'una, dandoci un dettaglio abbastanza accurato.
Derivazioni precordiali
Per concludere e per avere una maggior definizione dell'attività cardiaca è necessario avere degli
elettrodi che siano abbastanza vicini al cuore, al contrario di quelli delle derivazioni uni e bipolari
che si trovano lontane. In particolare questi nuovi elettrodi serviranno per identificare e localizzare,
in maniera molto precisa, delle lesioni che potrebbero sfuggire con l'uso delle altre derivazioni, e per
analizzare il vettore della depolarizzazione cardiaca sul piano trasversale, diverso da quello frontale
precedentemente analizzato. Si usa allora un elettrodo di riferimento, detto di Wilson, ottenuto come
media dei potenziali di Einthoven, e sei elettrodi esploranti posti rispettivamente:






V1: nel 4° spazio intercostale sulla linea parasternale destra
V2: nel 4° spazio intercostale sulla linea parasternale sinistra
V3: tra V2 e V4
V4: nel 5° spazio intercostale sulla linea emiclaveare sinistra
V5: nel 5° spazio intercostale sulla linea ascellare anteriore sinistra
V6: nel 5° spazio intercostale sulla linea ascellare media sinistra
In tutto eccoci arrivati ad avere 12 derivazioni che permettono una completa e particolare analisi
dell'attività elettrica del cuore sia localmente che generalmente.
Derivazioni ortogonali o di Frank
Ci si è posto il problema di passare dalle differenze di potenziali misurate dagli elettrodi alla
proiezione del dipolo elettrico equivalente sui tre assi principali. Si pongono 5 elettrodi sul torace,
uno sulla caviglia sinistra e un altro per determinare un potenziale di riferimento. Grazie a una rete di
correzione che tiene conto del mezzo di conduzione si possono ottenere le proiezioni del dipolo
cardiaco sui tre assi ortogonali diretti come le tre direzioni principali: testa-piedi, torace-schiena,
spalla dx-sx. Uno dei vantaggi dell'utilizzo delle derivazioni ortogonali consiste nel registrare tre
diverse misurazioni, linearmente indipendenti, da cui è possibile ottenere proiezioni in ogni possibile
direzione. Ad esempio si possono ricavare le 12 derivazioni standard.
Analisi del vettore dipolo del cuore sul piano frontale
Per ogni istante della propagazione dell'impulso attraverso il cuore, il vettore dipolo varia direzione,
verso e modulo. Aiutandoci con una figura analizziamo le varie fasi della propagazione dell'impulso
in relazione al vettore dipolo.
1. Lo stimolo parte dal nodo seno-atriale, qui il vettore è il vettore della depolarizzazione atriale;
poiché l'impulso viaggia verso il nodo atrio-ventricolare è chiaro che la direzione del vettore è
la congiungente dei due nodi e il verso va dal nodo seno-atriale a quello atrio-ventricolare. Il
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vettore sarà quindi inclinato leggermente verso sinistra e diretto verso il basso. Proiettando il
vettore sulla I derivazione otteniamo un'onda positiva, l'onda P.
Arrivato al nodo atrio-ventricolare, l'impulso arriva al setto attraverso il fascio di His. La
diffusione dell'impulso avviene, in questa parte del cuore, secondo la direzione endocardiolinea mediana. Nel setto si hanno due depolarizzazioni, una riguarda la parte sinistra, l'altra la
parte destra; poiché per l'attività elettrica della parte sinistra è maggiore, le depolarizzazioni
non si elidono, ma prevale quella sinistra. Il vettore ha direzione della linea endocardio-linea
mediana e verso che va da sinistra verso destra. Proiettando il vettore così ottenuto sulla I
derivazione otteniamo un'onda di segno negativo, l'onda Q.
Lo stimolo è arrivato all'apice del cuore, qui il vettore dovuto alla parte sinistra ha lo stesso
verso di quello di destra, conseguentemente si ha la massima estensione del vettore lungo la
linea parallela al setto. In questo caso avremo quindi un vettore inclinato verso sinistra e
diretto verso il basso con un modulo molto elevato, questo produce in I derivazione un'onda
positiva molto ampia, l'onda R.
Lo stimolo ha raggiunto le pareti dei ventricoli, anche qui è la parte sinistra che prevale su
quella destra, il verso tende quindi a sinistra, mentre il modulo è leggermente diminuito
perché, appunto, la parte destra esercita una diminuzione del vettore. In questo caso, in I
derivazione, avremo una maggiore escursione dell'onda R. Per apprezzare invece
singolarmente questa fase, possiamo vedere che in III derivazione abbiamo una piccola onda
negativa, l'onda S.
Per ultimo ecco arrivare il vettore della ripolarizzazione dei ventricoli che ha un andamento
simile a quello della depolarizzazione. Risulterà quindi in I derivazione una piccola onda
positiva, l'onda T.
Asse cardiaco
Partendo dalle registrazioni dell’andamento dell’onda di depolarizzazione delle sei derivazioni degli
arti si può ottenere il vettore complessivo dell’andamento di tale onda sul piano frontale. Questo si
ottiene facendo la somma dei vettori ottenuti nella registrazione di ogni onda da parte delle sei
derivazioni. Perciò si otterrà prima il vettore che esprime la risultante (somma) dei valori ottenuti
dalle sei derivazioni durante l'onda Q, poi il vettore registrato durante l'onda R e poi S. Si prendono
in considerazione le onde del complesso QRS in quanto registrano gli eventi elettrici causati dai
ventricoli che rappresentano la maggior parte della massa muscolare cardiaca e che perciò sono
indicativi dell'asse complessivo. In tal modo si otterrà l’asse cardiaco, un parametro delle
caratteristiche fisiologiche del cuore, che solitamente corrisponde all’asse anatomico del cuore.
Anomalie cardiache ed ECG
Risulta evidente, per tutto quello detto finora, l'utilità dell'ECG nel monitoraggio o nella diagnosi
medica; sia per quanto riguarda situazioni normali, sia per quanto riguarda situazioni patologiche
derivanti da cause fisiche e fisiologiche. L'elettrocardiogramma in situazioni normali presenta
un'onda P iniziale, un caratteristico complesso QRS e un'onda T finale. Abbiamo visto che il ritmo
fisiologico normale del cuore sano è di 70-80 battiti per minuto. Tutti questi parametri vengono
alterati, più o meno fortemente, quando esiste qualche problema di natura cardiaca. È importante, per
colui che interpreta il tracciato, sapere quali variazioni possono esistere, come fare per ricercarle e
conoscerne il significato. L'ECG ci dà, infatti, informazioni circa: frequenza cardiaca; ritmicità
dell'azione cardiaca, ovvero la presenza di aritmie indicanti eventuali "blocchi"; presenza di
eventuali battiti ventricolari prematuri; presenza di eventuali slivellamenti dei tratti isoelettrici (ad es.
un sopra- o sottoslivellamento del tratto ST è indice di infarto del miocardio) e alterazioni delle varie
onde elettriche che possono indicare alterazioni morfologiche delle camere cardiache.
Ritmi sinusali anormali
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Si definisce "sinusale" un ritmo che presenta onde P in successione regolare, in rapporto costante con
il complesso QRS che segue (tratto PR compreso tra 0.12 e 0.20s). Qualunque ritmo differente da
quello sinusale rientra a far parte delle "aritmie".
Tachicardia sinusale
Si parla di tachicardia sinusale quando notiamo una frequenza del battito cardiaco che supera i 100
battiti al minuto. In questo caso l'ECG risulta perfettamente normale, ad eccezione della frequenza
del battito. La frequenza del battito è rilevabile dalla distanza temporale di due complessi QRS.
Le cause che portano alla tachicardia possono essere fisiologiche (una risposta allo sforzo, alla
temperatura corporea, alla stimolazione delle fibre ortosimpatiche) o patologiche (una spia di
un'insufficienza cardiaca). Le onde P possono non essere visibili durante tachicardia ventricolare
anche se l'attività atriale dissociata da quello ventricolare non viene influenzata.
Bradicardia sinusale
Il termine bradicardia sinusale indica una ridotta frequenza del battito cardiaco, di norma si indica
con questo termine un ritmo al di sotto dei 60 battiti al minuto. Come nel caso della tachicardia
sinusale il tracciato dell'ECG risulta normale, ma con una ridotta frequenza temporale del complesso
QRS. La bradicardia sinusale può essere una condizione normale, soprattutto per quanto riguarda il
cuore degli atleti che possono avere frequenze molto basse dovute appunto ad un costante
allenamento.
Aritmia sinusale
Se tutti i complessi QRS di per sè sono normali, ma il ritmo in condizioni di riposo non è regolare (le
distanze tra ogni complesso QRS e il successivo variano lungo il tracciato), viene diagnosticata una
aritmia sinusale. Si pensa che, questa condizione possa essere causata da un conflitto di diversi tipi di
riflessi circolatori atti ad alternare l'intervento del sistema ortosimpatico e parasimpatico sul nodo
seno-atriale, nella maggior parte dei casi questa aritmia è sincrona con gli atti respiratori: parliamo di
aritmia respiratoria. Si è verificato che questa condizione può risultare non patologica nei giovani e
nei bambini, nei quali può addirittura diventare la regola, piuttosto che l'eccezione. Nelle persone
anziane invece, l'aritmia sinusale può essere il segno di una malattia degenerativa del nodo senoatriale.
Ritmi anormali dovuti a blocco della conduzione degli impulsi
Blocco seno-atriale
In alcuni casi può capitare che l'impulso che si origina nel nodo seno-atriale non possa diffondersi
completamente nel resto del miocardio. Questa condizione, nonostante possa sembrare molto
pericolosa, è compatibile con la vita a causa di un sistema di sicurezza del cuore. Infatti in mancanza
di conduzione (o di generazione) degli impulsi da parte del nodo seno-atriale, è il nodo atrioventricolare che prende il controllo del ritmo cardiaco. Nel tracciato elettrocardiografico questo è
facilmente riconoscibile a causa di una diminuzione della frequenza cardiaca e della scomparsa
dell'onda P, dovuto all'annullamento delle funzioni atriali. Il complesso QRS-T non viene
influenzato, poiché il ventricolo viene guidato dal nodo atrio-ventricolare.
Blocco atrioventricolare
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In condizioni di frequenza normale. il tempo che intercorre tra l'onda P e l'inizio del complesso QRS
è di circa 0,16 secondi. Se in condizioni normali, questo intervallo supera gli 0,2 secondi, allora si
parla di blocco incompleto di primo grado. Si tratta di un problema che riguarda il trasferimento
degli impulsi dagli atri ai ventricoli.
Se l'intervallo P-R raggiunge una durata di 0,25 - 0,45 secondi i potenziali d'azione che investono il
nodo atrio-ventricolare non sempre riescono ad oltrepassarlo, in questa condizione accade che i
ventricoli "saltino" qualche battito rispetto agli atri. È il caso del blocco incompleto di secondo
grado.
La condizione più grave si verifica quando la conduzione degli impulsi nel nodo A-V è
completamente impedita e si verifica un blocco completo tra atri e ventricoli. Nel tracciato
elettrocardiografico questa condizione si evidenzia dal fatto che le onde P risultano completamente
dissociate dai complessi QRS-T. Gli atri e i ventricoli hanno un ritmo indipendente.
Extrasistole ventricolare
In una extrasistole ventricolare manca l'onda P, in quanto lo stimolo non è risalito fino agli atri.
L'onda R è allargata e uncinata (lo stimolo impiega un tempo maggiore per diffondersi e si ha
l'eccitamento prima di un ventricolo e successivamente dell'altro). Segue un intervallo più lungo del
normale: la pausa compensatoria.
Ritmi anormali dovuti a patologie cardiocircolatorie
Ischemia e infarto miocardico
Quando si verifica una insufficiente irrorazione sanguigna del miocardio, questo deprime i suoi
processi metabolici in quanto: c'è mancanza di ossigeno, si produce un eccesso ristagnante di
anidride carbonica e il materiale nutritizio viene a mancare. In questi casi, dapprima il tessuto
miocardico limita le proprie prestazioni (ischemia), ma se l'apporto di nutrizione si prolunga nel
tempo si arriva alla morte del tessuto miocardico (infarto). In questi casi la ripolarizzazione delle
membrane si verifica solo parzialmente o non si verifica più. Sul tracciato ECG l'infarto e l'ischemia
sono caratterizzati da anomalie riguardanti le onde Q, i segmenti ST e le onde T.
In condizioni normali abbiamo onde Q molto piccole, che sono dovute alla depolarizzazione del setto
interventricolare che si verifica da sinistra verso destra, quindi le forze elettriche sono in
allontanamento dal ventricolo sinistro (la penna si muove verso il basso). Poiché il setto è sottile, le
forze che si generano sono di breve durata (0,04 secondi) e di piccola ampiezza (profondità inferiore
al 25% dell'altezza dell'onda R). In caso di miocardio infartuato, esso non produce potenziali
elettrici, pertanto le forze elettriche che si dirigono verso l'elettrodo (e che producono movimenti
della penna verso l'alto) sono molto ridotte o assenti. La zona non infartuata, in questo modo, ha
un'attività più preponderante che tende ad allontanarsi dall'elettrodo, che quindi registra forti
potenziali negativi, che si traducono in un'ampia onda Q. Un'onda Q significativa, indicante un
probabile infarto, ha una durata maggiore di 0,04 secondi e/o una profondità maggiore di un quarto
dell'ampiezza dell'onda R corrispondente.
L'ischemia produce un sottoslivellamento del segmento ST, associato talvolta all'inversione dell'onda
T, il tutto dovuto ad anormalità nell'iperpolarizzazione.
Fibrillazione ventricolare
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La fibrillazione ventricolare è causata da impulsi cardiaci che
si scatenano all'interno del miocardio, che portano, dapprima
all'eccitazione di una parte del miocardio e poi ad una
continua e progressiva rieccitazione delle parti ventricolari
Fibrillazione ventricolare
che precedentemente erano state eccitate. In questo modo è
impossibile che si verifichi una contrazione coordinata della
massa cardiaca e questo impedisce che il sangue possa essere pompato in maniera opportuna. Le
camere ventricolari non si riempiono, né si svuotano, rimanendo in uno stato di contrazione parziale.
Il perdurare di questa condizione per un periodo superiore ai 4-5 secondi, a causa della mancanza di
flusso ematico a livello cerebrale, porta alla perdita di coscienza; dopo pochi minuti i tessuti vanno in
ischemia e sopraggiunge la morte. Il tracciato ECG della fibrillazione ventricolare è caratterizzato da
complessi QRS organizzati, ma non c'è mai un ritmo regolare. nelle prime fasi del fenomeno, il
miocardio tende a contrarsi in maniera simultanea, portando onde irregolari, dopo pochi minuti
l'ECG mostra onde molto irregolari a basso voltaggio.
Asistolia
L'asistolia è un'eventualità più grave della fibrillazione,
poiché quest'ultima è a volte espressione di un evento
elettrico casuale e risulta compatibile con la vita se trattata
immediatamente. L'asistolia invece si associa ad un danno
Asistolia
miocardico massiccio, in questo caso nessun ritmo può essere
generato o sostenuto dai ventricoli; si verifica quando
l'attività fibrillatoria è insostenibile a causa del mancato apporto di sostanze che provvedano al
nutrimento del miocardio. Il tracciato dell'ECG presenta solamente le onde P, mentre il resto del
tracciato è una linea piatta, ciò indica ancora un'attività residua degli atri, ma una totale assenza di
attività da parte dei ventricoli. È una condizione che determina, in breve tempo, arresto cardiaco e
decesso molto rapido.
Ingrandimenti delle camere cardiache
Ingrandimenti atriali
INGRANDIMENTO ATRIALE SINISTRO: si manifesta con aumento della durata dell'onda P,
che assume un aspetto ad "M". La durata dell'onda P è superiore a 0.12s.
INGRANDIMENTO ATRIALE DESTRO: si manifesta con aumentato voltaggio (altezza)
dell'onda P, superiore ai 2,5mm, senza modificazioni della sua durata.
Ingrandimenti ventricolari
INGRANDIMENTO VENTRICOLARE SINISTRO: caratterizzato da un incremento in altezza
dell'onda R nelle derivazioni precordiali sinistre (V5-V6) e una maggior profondità dell'onda S in
quelle destre (V1-V2) e da un sottoslivellamento del tratto ST con inversione dell'onda T nelle
derivazioni esploranti il ventricolo sinistro (V5-V6). Possono coesistere deviazione assiale sinistra e
leggero aumento della durata del complesso QRS.
INGRANDIMENTO VENTRICOLARE DESTRO: caratterizzato da incremento del voltaggio
dell'onda R in V1 con sottoslivellamento del tratto ST e inversione dell'onda T nelle derivazioni
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esploranti il ventricolo destro (V1-V2). Possono coesistere deviazione assiale destra e ingrandimento
atriale destro.
Lo sviluppo in multipolo
Studi sempre più accurati a partire dagli anni quaranta e cinquanta negli U.S.A. hanno dimostrato
che il comportamento elettrico del cuore è più simile ad un multipolo che ad un dipolo.
Multipole expansion
Il lavoro pionieristico di Nelson e Gabor punta sul fatto che la teoria del dipolo è inadeguata e vale
solo come approssimazione per grandi distanze dalle regioni dove sono situati i dipoli. Per questo
motivo hanno introdotto modelli più sofisticati per considerare i pattern del potenziale di superficie
ed hanno stabilito che è necessario utilizzare un numero di curve ECG sul torace più grande di tre
per ottenere informazioni riguardo all’insieme di tutti i dipoli. Un ruolo importante per l’approccio di
Nelson e Gabor e stato giocato dal lavoro di alcuni ricercatori medici, che, tra il 1940 ed il 1952,
hanno tentato di scoprire la distribuzione del potenziale sul torace ed hanno incominciato a
sospettare che buona parte dell’informazione elettrocardiografica sia persa, usando solo segnali
isolati. Alcuni di loro hanno iniziato quindi a registrare potenziali da un numero maggiore di punti
(dell’ordine di 100). Un vero salto di qualità è stato il prendere in considerazione le mappe del
potenziale o del campo elettrico sopra il torace ad istanti di tempo successivi invece che considerare
una collezione di curve dipendenti dal tempo. Il lavoro svolto da Gabor e Nelson ha permesso un
nuovo approccio alla ricerca ECG. A differenza di quanto avviene per la teoria del dipolo, si
considera ora una sequenza di mappe temporali del potenziale. Quest’ultimo approccio è stato
seguito tra gli altri da Bohning, Burger, Taccardi e Kienle. Questa via consente di avere una nuova
organizzazione dei dati molto più interessante di una collezione di ECG dipendenti dal tempo presi
in vari punti del torace. Una mappa è un insieme di n componenti, ciascuna delle quali rappresenta il
valore del potenziale cardiaco misurato ad un certo istante di tempo in un punto preciso della
superficie del torace. Possiamo considerare una mappa come un’istantanea di come si distribuisce il
potenziale sul torace. A tal fine consideriamo un sistema di sonde disposte sul corpo, che permettono
di misurare contemporaneamente il potenziale da diversi punti. Per avere una buona
rappresentazione delle mappe ECG dobbiamo ricorrere all’interpolazione con un sistema di m
armoniche sferiche. Le ultime ricerche, tra le quali si segnalano quelle svolte in Italia al politecnico
di Catania, a Milano (Taccardi) ed a Torino (Favella, Istituto di Fisica di Torino)hanno utilizzato 64
armoniche sferiche.
La scelta delle armoniche non è obbligata, si può ricorrere ad altri sistemi di funzioni, purché sempre
ortonormali. L’utilità delle armoniche sferiche risiede nel fatto che ci consentono di approssimare il
fusto del corpo come una sfera, tangente all’omero. In questo modo, dunque, si può immaginare che
le sonde si distribuiscano sulla superficie di una sfera. Questo metodo è noto come multipole
expansion. La scelta del numero di 64 armoniche non è casuale, ma corrisponde al numero di
coefficienti linearmente indipendenti in uno sviluppo lineare del campo variabile delle mappe ECG e
pertanto al numero di derivazioni che sono misurate. Originariamente il numero di armoniche
utilizzato era 250, ma si è rivelato eccessivo. Grazie ai 64 valori misurati si possono rappresentare le
mappe sia considerando le derivazioni prese sul torace, sia quelle prese sul dorso. Questo è una
conseguenza delle proprietà di invarianza delle armoniche sferiche sotto rotazioni. La
rappresentazione di una mappa in un orientamento non standard può essere ottenuta in questa
maniera: dapprima si ruotano le mappe in orientamento standard, quindi si costruisce la loro
rappresentazione in questo orientamento e si ritorna alla fine alla situazione iniziale. Quest’ultima
operazione è una trasformazione lineare sui coefficienti della mappa nell’orientamento standard. Alla
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02/02/2011
Elettrocardiogramma - Wikipedia
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fine si ottiene che i coefficienti delle mappe nell’orientamento non standard sono in relazione con
quelli dell’orientamento standard grazie ad una trasformazione lineare ben nota: si tratta di una
matrice di rotazione nello spazio dei coefficienti dello sviluppo della mappa in termini di armoniche
sferiche. Se utilizziamo, anziché le prime (nel nostro caso 64, se L=7) armoniche sferiche, un altro
sistema di N funzioni ortogonali, con k che varia da 1 a N e non equivalente alle armoniche sferiche
e per caso la mappa, in orientamento standard, è esprimibile nel sistema delle e viene ruotata indietro
rispetto all’orientamento iniziale, allora è ancora esprimibile in termini di, dal momento che queste
ultime non possiedono le stesse proprietà di invarianza delle armoniche sferiche rispetto al gruppo di
rotazione.
Sviluppo del potenziale di superficie con le armoniche sferiche
In pratica il cosiddetto sviluppo in multipolo consiste in uno sviluppo ortogonale del potenziale di
superficie in armoniche sferiche. Si immagina che il torace sia una porzione di cilindro con sezione
circolare.
Il centro della sfera coincide con il centro di simmetria della
porzione di cilindro. Inoltre l’area della sfera è uguale a
quella del cilindro. Come centro di simmetria della porzione
di cilindro si può scegliere il centro del miocardio. Poniamo
inoltre che la sfera sia grosso modo tangente all’omero e
descriviamo tutto in termini di coordinate polari, indicando
con l’angolo longitudinale e l’angolo latitudinale.
La notazione convenzionale per le armoniche sferiche è:
Approssimazione del fusto con
armoniche sferiche
.
Si può scrivere il potenziale come una funzione di θ, φ e t in questo modo:
Dove le gl,m(t) sono adeguate funzioni che variano nel tempo e sono valutate secondo la relazione:
In questo modo si descrive lo sviluppo in multipolo della mappa del potenziale di superficie di un
campo di derivazioni e di conseguenza la sovrapposizione di contributi dovuti alle correnti di dipolo,
quadrupolo, ottupolo,… più in generale di poli di ordine 2L, che nascono tutti dalla distribuzione
delle correnti del miocardio.
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Una ricostruzione molto buona delle mappe, tale da preservare un grande numero di dettagli può
essere ottenuto in termini di 64 armoniche sferiche. Si ottiene comunque una ricostruzione
abbastanza buona anche con L=6 e dunque con 49 armoniche sferiche. Questo significa che la mappa
del potenziale può essere ricostruita facilmente attraverso 64 segnali ECG da diverse posizioni sul
torace.
Ogni mappa ha delle caratteristiche speciali che dipendono dal fatto che il miocardio ha un
orientamento nel torace che non è arbitrario e, oltre a questo, le zone di eccitazione sono strettamente
collegate alla struttura anatomica ed a fenomeni fisiologici. A causa dell'invarianza rotazionale delle
armoniche sferiche, 64 parametri possono essere utilizzati per ricostruire qualsiasi mappa che non
contenga multipoli di ordine l più grandi di 7.
Note
1. ^ cronologia del xx secolo, grandi manuali newton
Bibliografia
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Anatomia e fisiologia dell'uomo - J.S. Shwegler
Basi teoriche dell'elettrocardiografia - S. Sheidt
Fisiologia medica - Guyton, Hall
Fondamenti di anatomia e fisiologia umana - S. Fiocca
Compendio di fisiologia umana - Langley
Trattato di fisiologia - Patterson, Fuchs, Hille
Le elettromappe in varie forme di insufficienza coronarica dell'uomo - B. Taccardi, D. Riva, L.
De Ambroggi
Biological Engineering - D. B. Geselowitz, O. H. Schmidt
Teoria e Pratica dell'elettrocardiografia, E. Cabrera
Use of multipole expansion to extract significant features of the surface Electrocardiograms D. B. Geselowitz
La rappresentazione del potenziale elettrocardiografico di superficie a partire da 16 sonde - L.
Favella, A. Di Leva, N. Balossino, M. T. Reineri
Determination of the resultant dipole of the heart from measurement on the body surface - D.
Gabor, C. V. Nelson
Contribution à la détermination quantitative des erreurs de la vectorcardiographie - B. Taccardi
Fisiologia del cuore - A. M. Katz
Voci correlate
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Cuore
Sindrome di Brugada
Cardiofrequenzimetro
Fonocardiogramma
Apicocardiogramma
Altri progetti
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Wikimedia Commons contiene file multimediali su Elettrocardiogramma
Categoria: Diagnostica medica
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