Электрофизиологические основы ЭКГ

Возникновение электрических явлений в сердечной мышце связано с движением ионов калия (K+), натрия (Na+), кальция (Ca2+), хлора (Cl–) и других через клеточную мембрану мышечной клетки. Белковолипидная оболочка клетки обладает свойствами полупроницаемой мембраны и является строго упорядоченной для движения различных ионов.

Каждое состояние связано с изменениями электрического заряда на внешней и внутренней поверхностях мембраны кардиомиоцита и в проводящих структурах сердца. Трансмембранный потенциал покоя (поляризация), измеренный в милливольтах ток между наружной и внутренней сторонами клеточных мембран, всегда имеют противоположный по знаку заряд. Внутри клетки отрицательно заряженные фосфаты, сульфаты, аспартаты, протеинаты притягивают положительно заряженные ионы K+.

Таким образом, в состоянии покоя наружная поверхность мембраны клетки заряжена положительно, а внутренняя – отрицательно. Градиент концентрации ионов по обе стороны мембраны поддерживают ионные насосы и требует затраты энергии. В покое разность потенциалов на мембране составляет –90 мВ.
В период возбуждения миокарда (деполяризация) электрические потенциалы по обе стороны мембраны меняют свой знак.

Разность потенциалов, возникающая при возбуждении, называется трансмембранным потенциалом действия (ТМПД), он составляет около 120 мВ. В ТМПД кардиомиоцита различают 5 фаз (рис. 2):

Фаза 0 – фаза быстрой начальной деполяризации обусловлена активацией быстрых Na-каналов и входом ионов Na+ внутрь клетки, что вызывает быстрое изменение ТМПД от -90 мВ до +30 мВ. Наружная поверхность мембраны заряжается отрицательно, а внутренняя – положительно. Одновременно медленно происходит приток Na+, Са2+ в клетку и выход ионов К+ из клетки. Длительность фазы 0 составляет 1-2 мс.

Фаза 1 – ранняя фаза быстрой реполяризации связана с закрытием Na-каналов, в результате прекращается поступление Na+ в клетку, происходит транзиторный выход К+ из клетки, медленное поступление Са2+ и Cl- внутрь клетки. Кривая ТМПД снижается от +30 мВ до 0 мВ.

Фаза 2 – фаза плато медленной реполяризации обусловлена активацией медленных Са-каналов L–типа, через которые ионы

Фаза 3 – конечная фаза быстрой реполяризации связана с закрытием Са-каналов, в ходе которой происходит замедление входа ионов Са2+ и Na+ внутрь клетки и значительно возрастает выход ионов К+ из клетки через К-каналы. Это приводит к восстановлению прежней поляризации клеточной мембраны, происходит изменение ТМПД от 0 мВ до -90 мВ и наружная поверхность клеточной мембраны вновь оказывается заряженной положительно, а внутренняя поверхность – отрицательно.

Фаза 4 – фаза медленной диастолической деполяризации является интервалом между окончанием реполяризации и началом следующего потенциала действия, обусловлена работой неспецифических каналов, пропускающих ионы Na+ и К+. В состоянии покоя движение ионов через клеточную мембрану в кардиомиоцитах минимальное, деполяризующие и реполяризующие токи находятся в равновесии.

Под влиянием импульса возбуждения в сердце начинает функционировать бесчисленное количество микродиполей одиночных мышечных волокон. Суммируясь, они образуют все более укрупняющиеся макродиполи отдельных фрагментов миокарда (камер сердца) и в конечном итоге формируют единый сердечный диполь и электродвижущую силу (ЭДС) всего сердца (рис.3).

Отрицательный полюс диполя – основание сердца, положительный – верхушка. На границе между отрицательным и положительным полюсами диполя проходит линия нулевого потенциала. Результирующая ось, или ось тока действия, перпендикулярна к линии нулевого потенциала.

ЭДС можно рассматривать как вектор, то есть как величину, имеющую не только абсолютное значение, но и определенное направление в пространстве. Волна возбуждения (деполяризация), следуя по сердечной мышце, распространяется от эндокарда к эпикарду, от основания сердца к верхушке не строго в одном направлении, а возникает множество разнонаправленных векторов. Противоположно направленные векторы ЭДС взаимно нейтрализуются, оставшиеся суммируются по правилу параллелограмма в один суммарный (интегральный) вектор (рис. 4).

В норме интегральный вектор сердца направлен сверху вниз, справа налево. Это связано с тем, что стенка ЛЖ в 2,5-3 раза толще стенки ПЖ и электрические силы ЛЖ преобладают над электрическими силами ПЖ.

После окончания деполяризации, в завершении которой происходит сокращение желудочков, начинается процесс реполяризации, который начинается у эпикарда и распространяется к эндокарду.