Lezione 27: L`elettrocardiogramma (ECG)

a.a. 2005/2006
Laurea Specialistica in Fisica
Corso di
Fisica Medica 1
Elettrocardiogramma
27/4/2006
Cos’è?
L’elettrocardiogramma è la registrazione grafica
dell’attività elettrica cardiaca
Il cuore, durante il suo funzionamento, produce
un campo elettrico che può essere facilmente
registrato sulla periferia del corpo umano (pelle)
L’insorgere e il procedere dell’eccitamento nel
miocardio sono caratterizzati dallo stabilirsi, alla
superficie membranale delle fibrocellule
di differenze di potenziale tra le zone in attività
e quelle in riposo
Perché?
Dal punto di vista elettrico il cuore si comporta
come un unico “generatore” elettrico
di polarità variabile in relazione ai diversi
momenti del suo ciclo di attività
Generatore di rilevante potenza, per l’estensione
delle porzioni miocardiche, che assumono
potenziale elettrico di volta in volta diverso
Ne consegue che il cuore è sorgente di correnti
elettriche così intense da raggiungere, fluendo
nei tessuti, anche la superficie del corpo
Come funziona?
Ponendo allora due elettrodi metallici (elettrodi
derivanti) a contatto della pelle ad una certa
distanza tra di loro
si possono raccogliere differenze di potenziale
proporzionali a quelle correnti di origine
cardiaca,
che fluiscono nei tessuti superficiali interposti
tra i due elettrodi derivanti
Queste differenze di potenziale, opportunamente
amplificate e registrate, costituiscono l’ECG
(elettrocardiogramma)
Gli albori
Il tracciato elettrocardiografico è stato studiato
in modo approfondito per la prima volta da
Einthoven (premio Nobel nel 1925)
egli realizzò anche il primo strumento atto alla
sua registrazione: il galvanometro a corda
Attualmente è sostituito dall’elettrocardiografo,
strumento nel quale i segnali provenienti dagli
elettrodi vengono amplificati (circa 104 volte)
e poi registrati graficamente con un dispositivo a
penna (scrive su un nastro di carta che scorre con
velocità convenzionalmente stabilita di 25 mm/s)
Onde elettromagnetiche
L’elettrocardiogramma è un tracciato complesso,
non direttamente comparabile con il semplice
potenziale d’azione delle fibrocellule cardiache
Si tratta di una misura del campo di correnti
elettriche che il cuore induce nei tessuti a
maggiore o minore distanza da esso
Quindi sia la polarità che l’ampiezza del segnale
raccolto dagli elettrodi nei successivi istanti della
rivoluzione cardiaca
saranno diverse a seconda della posizione e
della distanza che essi hanno dal cuore
Tracciato elettrocardiografico
Costituito da una successione di onde di diversa
ampiezza (∼ qualche mV) e di segno diverso
contrassegnate con le
lettere dell’alfabeto
P, Q, R, S, T
Spiegazione del tracciato
L’ECG comincia con un’onda P di piccola
ampiezza, che accompagna la sistole atriale ed è
la manifestazione elettrica dell’attivazione della
muscolatura atriale
All’onda P segue un breve tratto isoelettrico (nel
quale non si misurano evidenti differenze di
potenziale), che corrisponde al passaggio
dell’eccitamento dagli atri ai ventricoli
quindi inizia il complesso ventricolare dell’ECG,
costituito dalle onde Q, R, S, T, che
accompagnano l’attività dei ventricoli
Sistole atriale
Nel tratto isoelettrico le zone attive del cuore
sono limitate al sistema di conduzione atrioventricolare (nodo AV e fascio di His)
mancanza di evidenti differenze di potenziale in
questo periodo del tracciato (poco tessuto attivo!)
La durata dell’intero intervallo P-R ha notevole
significato: una buona misura del tempo di
conduzione atrio-ventricolare
di norma compreso tra 0.12 e 0.20 s
ed è maggiore solo se la conduzione nel nodo
atrio-ventricolare o nel fascio di His è rallentata
Complesso ventricolare
Tre onde ampie e di breve durata (Q, R, S)
fase di invasione dei due ventricoli
• onda Q: attivazione del setto interventricolare
• onde R e S: completamento dell’attivazione
un’onda lenta (T)
fine dell’eccitamento ventricolare (onda
ripolarizzazione)
Tra il complesso QRS e l’onda T vi è un lungo
tratto, approssimativamente isoelettrico
corrispondente al periodo in cui tutto il
miocardio ventricolare si trova in stato di attività
Tracciato elettrocardiografico
Si osservano onde di elevata ampiezza solo
quando sono presenti simultaneamente nel cuore
ampie zone attive (negative) ed ampie zone in
riposo (positive)
elevata ampiezza del complesso QRS (invasione
dei ventricoli) e dell’onda T (fine dell’attivazione)
nel tratto S-T non si registrano variazioni di
potenziale perché tutto il miocardio ventricolare
è in attività (e quindi isoelettrico)
Riflessione della durata del plateau nel potenziale
d’azione di fibrocellule miocardiche ventricolari
Modello chimico-fisico
Il cuore si trova immerso nel torace, struttura
costituita da altri tessuti in un ambiente liquido
con sali disciolti in esso
Il torace può essere considerato come una sorta
di vasca elettrolitica che contiene il cuore, che
periodicamente manifesta d.d.p sulla sua
superficie (pila elettrica immersa in una vasca
di acqua e sale)
Simulazione: una vasca piena di acqua salata
con una concentrazione di sale (NaCl) allo 0.9%
con immesa una pila stilo da 1.5 V sospesa
mediante un filo isolante al centro della vasca
Leggi fisiche
Principio della conservazione di carica
tutta la carica che entra nel volumetto è
esattamente uguale a quella che ne esce nello
stesso tempo
⎡
∂j x
∂j x ⎞⎤
⎛
⎢( j x ) − ⎜ j x + ∂x dx ⎟⎥ dydz = ∂x dτ
⎝
⎠⎦
⎣
jx
densità di corrente entrante nella faccia x
∂j x
jx +
dx
∂x
densità di corrente uscente da x+dx
e la legge di Ohm