Dwiczenie laboratoryjne nr 9: ELEKTROKARDIOGRAFIA (EKG) A. ZAGADNIENIA DO PRZYGOTOWANIA

Transkrypt

1 Dwiczenie laboratoryjne nr 9: ELEKTROKARDIOGRAFIA (EKG) Cel dwiczenia: Celem dwiczenia jest zapoznanie się z budową i obsługą urządzeo do rejestracji i monitorowania sygnałów EKG oraz wykonanie pomiarów sygnału EKG. A. ZAGADNIENIA DO PRZYGOTOWANIA 1. Pojęcie dipola elektrycznego i momentu dipolowego, wyznaczanie natężenia pola i potencjału elektrycznego wokół dipola, linie sił pola i linie ekwipotencjalne, prawa Kirchhoffa. 2. Układ bodźco przewodzący serca, potencjały czynnościowe serca. 3. Elktrokardiograf. 4. Zjawiska bioelektryczne serca (linia izoelektryczna, załamki P,Q,R,S,T ). 5. Definicja odprowadzenia elektrokardiograficznego. Rodzaje odprowadzeo w elektrokardiografii. 6. Sposoby wyznaczania osi elektrycznej serca, trójkąt Einthovena. 7. Wyznaczanie częstotliwości pracy serca na podstawie elektrokardiogramu. B. LITERATURA 1. Augustyniak P (2001) Przetwarzanie sygnałów elektrodiagnostycznych. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2. Bogdanowicz S. Najłatwiejsza elektrokardiografia, Wprowadzenie do elektrokardiografii klinicznej 3. Kępski R.: Uwarunkowania techniczne pomiarów sygnałów bioelektrycznych. Problemy Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej (red.: Nałęcz M.). Tom 2. Biopomiary WKiŁ, Warszawa, Instrukcja obsługi do aparatu Fluke MPS450.

2 C. WPROWADZENIE TEORETYCZNE 1. Podstawy elektrofizjologiczne elektrokardiografii 1.1 Układ krwionośny i budowa serca Układ krwionośny składa się z dużego i małego krwioobiegu. W dużym krwioobiegu, krew wypływająca z lewej komory serca do aorty rozgałęzia się a następnie przechodzi przez sied naczyo włosowatych we wszystkich narządach ciała gdzie dostarcza tlen a następnie powraca żyłami do prawego przedsionka serca. W małym krwioobiegu, odtlenowana krew z prawej komory serca wpływa do płuc, gdzie następuje wymiana gazowa. Utlenowana krew wpływa do lewego przedsionka serca, a dalej do lewej komory serca. Rys.1 Budowa serca 1.2 Cykl pracy serca Cykl pracy serca trwa około 0.8 s, w tym czasie następują kolejno: Okres pauzy, który trwa około połowy cyklu. W tej fazie mięśnie komór i przedsionków są rozkurczone. Krew napływa do serca z żył głównych i żył płucnych. Wypełnienie komór poprzez skurcz przedsionków (0.1 sekundy). Skurcz komór (0.1 s). Wyrzut krwi do aorty i tętnicy płucnej przez otwarte zastawki półksiężycowate (0.3 s). 1.3 Elektrofizjologia serca Serce wytwarza prądy elektryczne, które rozchodzą się po całym organizmie, aż do powierzchni skóry. W sercu wyróżniamy dwa rodzaje komórek: komórki mięśniowe oraz komórki układu bodźcoprzewodzącego. Komórki mięśniowe tworzą włókna mięśniowe, które cyklicznie znajdują się w jednym z trzech stanów: w stanie polaryzacji (spoczynkowym), w stanie depolaryzacji (pobudzenia) i w stanie repolaryzacji (powrotu do stanu spoczynku). Sumowanie się potencjałów

3 czynnościowych pojedynczych włókien tworzących mięsieo sercowy wytwarza wokół serca pole elektryczne, które zmienia się w trakcie poszczególnych faz cyklu pracy serca. Rytmicznośd pracy serca możliwa jest dzięki autonomicznemu układowi bodźcoprzewodzącemu. Wytwarza on cyklicznie pobudzenie elektryczne, które przenosi się na włókna mięśniowe. Układ bodźcotwórczy zbudowany jest z ośrodków automatyzmu t.j. węzeła zatokowo-przedsionkowyego, węzeła przedsionkowokomorowego, włókien Purkiniego oraz pęczeka Hisa. Jeżeli połączenia pomiędzy poszczególnymi ośrodkami są prawidłowe to rytm pracy serca narzuca węzeł zatokowo-przedsionkowy, który kurczy się z najwyższą częstotliwością. W przypadku komórek rozrusznikowych nie można praktycznie mówid o potencjale spoczynkowym, ponieważ po fazie repolaryzacji zachodzi natychmiast spontaniczna depolaryzacja. Im szybszy jest proces spontanicznej depolaryzacji, tym większa jest częstotliwośd wytwarzanych pobudzeo. W komórkach rozrusznikowych węzła zatokowo przedsionkowego średnia częstotliwośd pobudzeo wynosi około 1,2 Hz (70/min.). Napięcia wytwarzane przez mięsieo sercowy mogą byd odbierane z powierzchni lub wnętrza organizmu za pomocą elektrod powierzchniowych lub odpowiednio endoelektrod. Amplituda generowanego sygnału jest rzędu 1 do 2 mv (na powierzchni skóry) i około 5 mv bezpośrednio na sercu. 1.4 Wektorowy model serca Rozsunięte na pewną odległośd różnoimienne ładunki elektryczne tworzą dipol elektryczny. Ładunki elektryczne rozmieszczone po wewnętrznej i zewnętrznej stronie błony komórkowej możemy traktowad jako zbiór małych dipoli, które są źródłem pola elektrycznego. Wartośd wektora równa jest odległości między ładunkami. 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 traktowad 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. Rys. 2 Serce jako zmienny dipol elektryczny: Linie (a) i (b) reprezentują linie izopotencjalne, pokazujące linie dipola o biegunach w punktach A i B. Linie (c) reprezentują teoretyczne linie prądu. Makroskopowy dipol serca jest wynikiem nałożenia się na siebie wielu dipoli mikroskopowych, które wytwarzają włókna mięśniowe podczas cyklicznego pobudzenia.

4 Tabela 1 Przewodzenie pobudzenia wzdłuż włókna mięśniowego Faza I: pobudzenie znajduje się przed elektrodami pomiarowymi, Faza II : pobudzenie znalazło się pod elektrodą 1. Przyjmuje ona potencjał elektroujemny w stosunku do elektrody 2. Faza III : pobudzenie znalazło się między elektrodami. Wynikiem tego jest brak różnicy potencjałów. Wykres wraca do zera. Faza IV : pobudzenie znalazło się pod elektrodą 2. Przyjmuje ona potencjał elektroujemny w stosunku do elektrody 1. Następuje wychylenie ujemne wykresu. Faza V : pobudzenie minęło elektrody. Wynikiem tego jest brak różnicy potencjałów, wykres znów wraca do zera. 2. EKG 12-odprowadzeniowe Podstawy elektrokardiografii opisał Willem Einthoven, który w celu łatwiejszej interpretacji elektrokardiogramów przyjął szereg uproszczeo i założył, że: Przewodnictwo tkankowe jest jednorodne, Serce położone jest centralnie w klatce piersiowej, Rozmiary przewodnika objętościowego (ciała ludzkiego) są nieograniczone, Zjawiska elektryczne serca wyrażają się jednym wypadkowym dipolem. 2.1 Krzywa elektrokardiograficzna Zmiany napięcia będące wynikiem zmiany chwilowego wektora elektrycznego serca można mierzyd w różnych punktach ciała za pomocą elektrod. Elektrokardiogram składa się z szeregu wychyleo powyżej lub poniżej linii izoelektrycznej. Wychylenia elektrokardiogramu od linii izoelektrycznej nazywane są załamkami. Fragmenty linii izoelektrycznej pomiędzy załamkami nazywane są odcinkami. Częśd krzywej obejmującą załamek i sąsiadujący z nim odcinek nazywa się odstępem. Załamki umownie oznacza się dużymi literami P, Q, R, S, T (Rys.3).

5 załamek P depolaryzacja przedsionków, zespół załamków QRS depolaryzacja komór, załamek T repolaryzacja komór, linia izoelektryczna rejestrowana jest w czasie, gdy w sercu nie ma pobudzenia. Rys.3 Prawidłowa krzywa EKG (uwaga: wygląd prawidłowych załamków zależny jest od odprowadzenia, w którym jest on oglądany). 2.2 Odprowadzenia w elektrokardiografii Standardowe 12-odprowadzeniowe EKG jest najczęściej wykonywanym badaniem elektrodiagnostycznym. Na 12 odprowadzeo składają się (patrz rysunek 4): 3 odprowadzenia dwubiegunowe, kooczynowe Einthovena (I, II, III), 3 odprowadzenia jednobiegunowe kooczynowe wzmocnione Goldbergera (avr, avl, avf), 6 odprowadzenia jednobiegunowych, przedsercowych Wilsona (V1, V2, V3, V4, V5, V6). Odprowadzenia Einthovena (I, II, III) Elektrody umieszcza się na kooczynach pacjenta prawej i lewej ręce oraz lewej nodze. Elektroda uziemiająca umieszczona jest na prawej nodze. Odprowadzenie I napięcie mierzone jest pomiędzy lewą (biegun dodatni), a prawą ręką (biegun ujemny). Odprowadzenie II prawa ręka (biegun ujemny), lewa stopa (biegun dodatni). Odprowadzenie III lewa ręka (biegun ujemny), lewa stopa (biegun dodatni). Odprowadzenia Goldbergera Elektrody umieszcza się na kooczynach pacjenta podobnie jak w odprowadzeniach dwubiegunowych, tzn. prawej i lewej ręce oraz lewej nodze. Różnica potencjałów mierzona jest pomiędzy daną elektrodą pomiarową a elektrodą odniesienia, powstałą poprzez połączenie ujemnych biegunów dwóch przewodów we wspólną koocówkę. Odprowadzenia Willsona Elektrody umieszcza się na klatce piersiowej, stanowią one biegun dodatni. Biegun ujemny stanowi tzw. koocówka centralna, skonstruowana przez połączenie ujemnych biegunów trzech przewodów z odprowadzeo jednobiegunowych kooczynowych.

6 (a) (b) (c) Rys 4. Odprowadzenia: (a) odprowadzenia dwubiegunowe, kooczynowe Einthovena (I, II, III), (b) odprowadzenia jednobiegunowe kooczynowe wzmocnione Goldbergera (avr, avl, avf), (c) odprowadzenia jednobiegunowych, przedsercowych Wilsona (V1, V2, V3, V4, V5, V6). Rys.5 Rozmieszczenie elektrod w trakcie badania EKG 12 odprowadzeniowego. Uwaga: w zależności od budowy elektrod elektrody kooczynowe mogą byd umieszczane na klatce piersiowej (jak na rysunku) lub na nadgarstkach i kostkach nóg.

7 2.3 Wyznaczenie osi elektrycznej serca Wykres z odprowadzeo I, II, III można zastosowad do wykreślenia osi elektrycznej serca. W tym celu wykreślamy na papierze milimetrowym trójkąt równoboczny w odpowiednio dobranej skali w stosunku do wykresu EKG. Boki trójkąta obrazują odpowiednie odprowadzenia. Wyznaczamy rzuty chwilowego wektora elektrycznego, uśrednionego w czasie depolaryzacji komór na osie odpowiednich odprowadzeo. Długości wektorów wyznacza się, w przybliżony sposób, sumując dla odpowiednich odprowadzeo załamek QRS z uwzględnieniem znaków. Naniesione wektory powinny byd zaczepione w środku boków trójkąta. Rys. 6 Sposób wyznaczenia sumy amplitudy załamków zespołu QRS z odprowadzenia I. Po naniesieniu rzutów dla wszystkich trzech odprowadzeo na boki trójkąta równobocznego prowadzimy proste prostopadłe do boków trójkąta (osie odprowadzeo) od wierzchołków poszczególnych wektorów do środka trójkąta. Punkt przecięcia prostych stanowi wierzchołek wektora będącego osią elektryczną serca. U zdrowego człowieka wartośd nachylenia osi elektrycznej serca powinna byd w granicach od -20 do Rys. 7 Sposób wyznaczania przybliżonego kąta nachylenia osi elektrycznej serca w płaszczyźnie czołowej przy użyciu trójkąta Einthovena.

8 D. INSTRUKCJA DO DWICZENIA LABORATORYJNEGO 1. Elementy stanowiska pomiarowego bezprzewodowy rejestrator sygnałów EKG z oprogramowaniem CardioTEKA (Rys. 8 a) 12-odprowadzeniowy rejestrator EKG Ascard 3 (Rys. 8 b) Sztuczny pacjent generator sygnału EKG FLUKE MPS450 (Rys. 10) zestaw elektrod powierzchniowych (Rys. 9) żel przewodzący, ręczniki leżanka medyczna 2 x komputer stacjonarny Zestaw baterii Instrukcja generatora sygnału EKG FLUKE MPS450 (a) (b) Rys. 8 (a) Bezprzewodowy rejestrator sygnałów EKG, (b) 12-odprowadzeniowy rejestrator EKG Ascard 3. Rys. 9 Elektrody kooczynowe używane w dwiczeniu.

9 Rys.10 Sztuczny pacjent generator sygnału EKG FLUKE MPS Przebieg eksperymentu pomiarowego Zadanie 1 Włącz komputer i z listy dostępnych systemów operacyjnych wybierz Windows XP 32-bitowy. Wybierz konto administrator i poproś prowadzącego o wpisanie hasła, Włóż 2 baterie AA do bezprzewodowego rejestratora sygnałów EKG, Z Pulpitu włącz program CardioTEKA, Kliknij ikonkę Pacjent pojawi się nowe okno. Kliknij Nowy pacjent i wprowadź swoje dane. Zatwierdź OK. Kliknij ikonę EKG równocześnie naciskając czerwony przycisk znajdujący się na obudowie rejestratora sygnałów EKG nastąpi połączenie się rejestratora z komputerem przez Bluetooth, W razie nie połączenia się aparatu, powtarzaj czynności z ostatniego podpunktu do skutku. Gdy nastąpi połączenie się rejestratora z oprogramowaniem na ekranie powinien byd widoczny zapis szumu rejestrowany przez podpięte elektrody. Możesz przystąpid do uruchomienia sztucznego pacjenta. Włącz symulator FLUKE MPS450 do prądu, a następnie uruchom go naciskając ekranie symulatora pojawi się standardowe ustawienie:. Na NORMAL SINUS RHYTHM 80 BPM 1.0 mv ADULT BPM/ampl DOWN UP SEL > Symulator rozpocznie generację sygnału EKG osoby dorosłej o częstotliwości pracy serca 80 uderzeo/min i amplitudzie 1mV. Zaobserwuj wygląd sygnału w poszczególnych kanałach. Wykonaj następujące eksperymenty pomiarowe: Zmieo częstotliwośd pracy serca na 2 różne, wybrane przez siebie wartości naciśnij przycisk MODE, wybierz odpowiedni kod numeryczny z tabeli, potwierdź komendą RUN.

10 BPM Setting Numeric Code Symulację artefaktów naciśnij przycisk MODE, wybierz odpowiedni kod numeryczny z tabeli, potwierdź komendą RUN. Zaobserwuj jak wpływa na krzywą EKG każdy z artefaktów. ECG- Artifact Settings Numeric Code EKG ARTEFAKTY WYŁĄCZONE Hz Hz 106 MIĘŚNIE 107 ZABURZENIA LINII 108 ODDECH 109 Symulację arytmii z dołączonej instrukcji symulatora FLUKE MPS450, wybierz dwa przypadki arytmii i je zasymuluj. Oglądnij dokładnie przebieg sygnału i zastanów się skąd (w sensie medycznym) wynikają nieprawidłowości w przebiegu EKG. Po zakooczonych symulacjach wyłącz program CardioTEKA. Wyłącz urządzenie Sztuczny pacjent (ten sam przycisk, którym włączało się urządzenie). Przycisk należy trzymad ok. 2 sekundy. Zadanie 2 Włącz do prądu elektrokardiograf Ascard 3, Włącz dedykowany dla niego komputer, otwórz z pulpitu menadżer plików Total Commander i z listy uruchom program B100.exe, naciskając Enter, Ochotnika połóż na leżance lekarskiej, Używając niewielkiej ilości żelu, załóż poprawnie elektrody kooczynowe (patrz rys. 5 lub plakat znajdujący się przy stanowisku), Włącz elektrokardiograf włącznikiem (z boku urządzenia),

11 W programie lub na klawiaturze urządzenia wpisz Imię i Nazwisko badanego, następnie włącz rysowanie sygnału EKG na monitorze komputera, w tym celu wybierz Kardiograf-> EKG, Zaobserwuj przebieg sygnału. Z których odprowadzeo sygnał jest wyświetlany na monitorze? Jaka jest częstotliwośd pracy serca badanego? Czy badany umie kontrolowad puls np. zwiększyd jego wartośd (denerwując się), a następnie zmniejszyd (uspokajając się na zawołanie)? Z Menu programu (Kardiograf -> Konsola ->F1) lub samego rejestratora (przycisk AUTO) wybierz badanie automatyczne AUTO. Nastąpi badanie automatyczne oraz analiza zapisanego sygnału. Uwaga 1: Pacjent w tym czasie musi leżed nieruchomo. Wynik wydrukuje się z aparatu EKG. Uwaga 2: ponieważ elektrody przedsercowe są nie podłączone aparat zapyta czy mimo to kontynuowad badanie potwierdź. Wyjdź z programu, wyłącz elektrokardiograf, odepnij i wyczyśd elektrody.

12 E. WZORZEC SPRAWOZDANIA Dwiczenie laboratoryjne nr 9: ELEKTROKARDIOGRAFIA Grupa (1-7): Grupa (A-D): Skład osobowy grupy (Imię i Nazwisko): Data wykonania ćwiczenia: Data oddania sprawozdania: 1. Narysuj przebieg sygnału wraz z artefaktami pochodzącymi od: Sieci elektrycznej Mięśni Oddechu 2. Narysuj przebieg sygnału dla obu zasymulowanych arytmii: Arytmia 1:.. Opis arytmii 1:

13 Arytmia 2:.. Opis arytmii 2: Oblicz oś elektryczną serca korzystając z metody trójkąta Einthovena oraz otrzymanego w Zadaniu 2 wydruku z elektrokardiografu: Oś serca (QRS), obliczona przez algorytm elektrokardiografu wyniosła (odczytaj z wydruku):.. Oś serca obliczona samodzielnie z trójkąta Einthovena wynosi (narysuj poniżej):