ELETTROCARDIOGRAMMA (ECG)

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1 ELETTROCARDIOGRAMMA (ECG) Prof.ssa Grassi Di Lorenzo Volpe L'elettrocardiogramma (ECG) è una registrazione utilizzata molto dal punto di vista diagnostico per analizzare la funzionalità cardiaca dal punto di vista elettrico e mettere in evidenza eventuali anomalie. Il pda che insorge nel NSA nel cuore segue un preciso percorso; nella figura a sinistra in viola sono rappresentate le aree che progressivamente si depolarizzano; la depolarizzazione si propaga all'atrio destro e all'atrio sinistro, raggiunge il NAV, viaggia lungo il fascio di His e le due branche del fascio di His, arriva all'apice del cuore, va ad invadere la camere cardiache e l'ultima parte ad essere depolarizzata è la base dei ventricoli; nella figura a destra è rappresentata la sequenza dei pda con le loro caratteristiche diverse a seconda che siamo nel tessuto nodale o nei miociti contrattili di atri o nei miociti contrattili di ventricoli che possono avere diverse durate di plateau. L'elettrocardiogramma è la registrazione nel tempo dell'attività elettrica del cuore. La attività elettrica precede la attività meccanica: se c'è una depolarizzazione di una parte del cuore seguirà la sua contrazione. Perchè è possibile registrare l'attività elettrica del cuore? Durante la propagazione del pda cardiaco, tutte le cellule che interessano una parte del cuore e che sono invase dal pda cambiano la polarità di membrana, l'interno diventa positivo e l'esterno diventa negativo. Man mano che si propaga l'onda di depolarizzazione queste parti attivate saranno in vicinanza con aree che sono ancora a riposo (in queste aree l'interno è negativo e l'esterno è positivo). All'esterno del cuore si vengono a creare, dove ci sono questi accumuli di aree positive e negative, dei campi elettrici che si propagano verso la superficie del corpo determinando in punti diversi della superficie corporea delle differenze di potenziale. Noi non facciamo altro che rilevare attraverso elettrodi queste

2 differenze di potenziale da punti specifici della superficie corporea. Queste differenze di potenziale andranno cambiando nel tempo perchè sono espressione della propagazione dell'onda di depolarizzazione negli atri e nei ventricoli; le differenze di potenziale ci saranno anche quando alcune parti del corpo tornano a riposo rispetto ad altre che sono ancora attivate. L'ECG normale comprende 12 registrazioni: 6 dagli arti e 6 dal torace. Le registrazioni dagli arti sono a loro volta divisibili in 3 registrazioni bipolari (I, II, III) e in 3 registrazioni unipolari (avr, avl, avf). Per registrazione bipolare si intende il fatto che noi in due punti poniamo due elettrodi connessi al polo positivo e al polo negativo dello strumento di registrazione vale a dire l'elettrocardiografo, un voltmetro che registra differenze di potenziale. Gli elettrodi vengono posti al polso destro, al polso sinistro e alla caviglia sinistra secondo la costruzione di un triangolo che ha un preciso significato. Una registrazione elettrocardiografica prende anche il nome di derivazione elettrocardiografica. REGISTRAZIONE BIPOLARE I : una prima derivazione elettrocardiografica si esegue con una coppia di elettrodi posta sul braccio destro e il braccio sinistro. REGISTRAZIONE BIPOLARE II: una seconda derivazione elettrocardiografica si esegue con una coppia di elettrodi posta sul braccio destro e la gamba sinistra. REGISTRAZIONE BIPOLARE III: una terza derivazione elettrocardiografica si esegue con una coppia di elettrodi posta tra braccio sinistro e gamba sinistra. Le altre 3 registrazioni agli arti sono registrazioni unipolari. Si ha registrazione unipolare quando pongo sul punto da cui voglio registrare il potenziale un solo elettrodo che è collegato sempre col polo positivo dello strumento di registrazione e al polo negativo pongo un cosiddetto elettrodo indifferente, così detto perché posto in un punto che non risente delle modificazioni di potenziale che sto registrando ovvero un punto che deve essere lontano dalla zona che genera queste variazioni di potenziale, in questo caso il cuore. L'esistenza dell'elettrodo indifferente si giustifica considerando la necessità che il circuito sia chiuso. Il concetto di registrazione unipolare è valido per qualsiasi registrazione di attività elettrica io faccia nel corpo umano, ad esempio una registrazione elettromiografica cioé una registrazione di attività elettrica di un muscolo qualsiasi: in questo caso io metto un elettrodo collegato con il polo positivo sulla superficie del muscolo mentre l'elettrodo indifferente verrà posto in un punto lontano dalla sede anatomica del muscolo. Per quel che riguarda l'attività cardiaca non esiste punto del corpo che non risenta di questa attività. Il cuore è al centro del torace e genera durante la sua attività elettrica delle correnti di campi elettrci che si propagano bene in tutti i punti del corpo umano. Nell'ECG l'elettrodo indifferente viene costruito sperimentalmente vale a dire si utilizza un artefizio che permette di creare un punto a potenziale invariante, un punto che rimane a potenziale zero, per cui con una registrazione unipolare registro la differenza tra il potenziale sentito dall'elettrodo positivo e il

3 potenziale nullo sentito dall'elettrodo indifferente. Le registrazioni unipolari connesse con l'elettrodo positivo si eseguono sul braccio destro, sul braccio sinistro e sulla gamba sinistra, cioé sulle stesse regioni di interesse delle registrazioni bipolari. Ci sono poi 6 registrazioni unipolari fatte dal torace e quindi dette registrazioni unipolari toraciche o precordiali (V1-V6). Gli elettrodi sono posti su 6 posizioni diverse sul torace e sono tutti vicini al cuore che si trova al centro della cavità toracica. Un tracciato elettrocardiografico rappresenta in sequenza le registrazioni bipolari I, II e III, le registrazioni unipolari agli arti avr (braccio destro), avl (braccio sinistro) e avf (gamba sinistra) e infine le 6 registrazioni unipolari precordiali da V1 a V6. Nella figura è rappresentato un tracciato dell'ecg preso da una seconda derivazione bipolare (tra braccio destro e gamba sinistra). Gli altri tracciati dell'ecg presentano differenze rispetto a quello preso in esame. L'ECG si osserva come un tracciato su una carta millimetrata che scorrendo nel tempo intorno alla velocità di 25 mm/s (in alcuni casi 50 mm/s) ci consente di valutare gli eventi nel tempo; la scala del voltaggio è tale che una deflessione di 10 mm verso l'alto corrisponda a +1 mv. Lo sviluppo in senso verticale delle onde del tracciato rappresenta un'ampiezza in millivolt. Una linea piatta dove non ci sono onde rappresenta una linea a potenziale zero: si parla di linea isopotenziale perché essa rappresenta la mancanza della differenza di potenziale. Le onde in alto rispetto allo zero sono onde di polarità positiva, le onde in basso rispetto allo zero sono onde di polarità negativa. Nel tracciato, che è la registrazione dell'attività elettrica del cuore, si susseguono delle onde che sono espressione delle fasi di depolarizzazione o ripolarizzazione delle varie parti del cuore. Le onde vengono indicate dalla lettera P alla lettera T. La prima onda a comparire è l'onda P, segue in questa

4 derivazione un complesso QRS che è un complesso di onde negativo-positivo-negativo, e poi l'onda T. L'onda P rappresenta la depolarizzazione degli atri. Gli atri vanno incontro a depolarizzazione per la presenza di un pda che parte dal NSA e si propaga all'atrio destro e all'atrio sinistro; questa stessa depolarizzazione che si propaga negli atri dà origine ad una differenza di potenziale su due punti della superficie corporea (trattandosi in questo caso della seconda registrazione bipolare la differenza di potenziale è registrata tra braccio destro e gamba sinistra). Segue con un certo ritardo il complesso QRS che rappresenta la depolarizzazione dei ventricoli. Questa depolarizzazione non è un tuttuno immediato infatti la depolarizzazione viaggia prima nel setto (onda Q), arriva all'apice e invade le camere ventricolari (onda R) e infine risale alla base del ventricolo (onda S). Sono onde molte ravvicinate per via della propagazione rapida. Dopo un certo intervallo si osserva l'onda T che rappresenta la ripolarizzazione, ovvero il ritorno a riposo, delle camere ventricolari. L'onda T è meno acuta e più tondeggiante rispetto all'onda R, che rappresenta la depolarizzazione di tutta la gran massa del ventricolo, perché l'evento è meno sincrono: mentre alcune cellule cominciano a ripolarizzarsi altre permangono più a lungo nello stato di depolarizzazione. La depolarizzazione dell'intero ventricolo è certamente un evento più simultaneo. Come mai non è presente nel tracciato un'onda di ripolarizzazione dell'atrio? Questa onda non si vede in un tracciato elettrocardiografico perché la ripolarizzazione dell'atrio avviene esattamente quando si sta depolarizzando il ventricolo. La gran massa del ventricolo dando origine a campi elettrici durante la fase di depolarizzazione maschera completamente la fase di ripolarizzazione dell'atrio. Se potessi allontanare temporalmente l'onda P dal complesso QRS, cioé ritardare molto la depolarizzazione del ventricolo (ciò si vede in patologie con ritardo nodale molto forte ovvero ritardo del passaggio del pda da atri a ventricoli), solo in quel caso potremmo vedere un'onda di ripolarizzazione atriale o onda TA (dove T sta per onda di ripolarizzazione e A sta per atrio). L'onda TA si vede solo in condizioni patologiche mentre se la trasmissione è corretta l'onda è nascosta. Un'altra onda molto piccola, generata da una massa di tessuto poco consistente, è l'onda di ripolarizzazione tardiva o onda U, che si vede in alcuni soggetti dove rappresenta la ripolarizzazione dei muscoli papillari, importanti per impedire il ribaltamento dei lembi valvolari della valvola atrio-ventricolare quando essa si chiude. I muscoli papillari si contraggono e vengono attivati elettricamente assieme alle cellule muscolari del ventricolo per cui vengono depolarizzati in virtù di questa attivazione. Si definisce periodo isopotenziale un tratto del tracciato dove non ci sono onde, e quindi un periodo in cui gli elettrodi non registrano alcuna differenza di potenziale. Le differenze di potenziale non si registrano quando tutta la massa che sto considerando è a riposo o quando tutta la massa che sto considerando è depolarizzata. Il pda delle cellule cardiache (miociti atriali e ventricolari) dura un tempo che è legato all'esistenza del plateau, quindi quando queste cellule vengono depolarizzate rimangono per un certo tempo nella fase di depolarizzazione; ci si può aspettare ad esempio che l'onda di depolarizzazione che va ad invadere le cellule degli atri arrivi a un punto in cui ha depolarizzato tutto e quindi queste cellule prima di ripolarizzarsi sono tutte in fase di plateau, cioé tutte depolarizzate. Nel periodo isopotenziale non ho zone a riposo insieme a zone depolarizzate e quindi non è possibile registrare differenze di potenziale. I tratti isopotenziali dell'ecg riflettono momenti in cui non c'è differenza di potenziale perché il tessuto è tutto a riposo o tutto depolarizzato. Tra i tratti isopotenziali ricordiamo il segmento P-R che va dalla fine dall'onda P all'inizio del complesso QRS ed è associato al plateau del pda delle cellule atriali; in questo momento le cellule atriali sono tutte depolarizzate. Un altro tratto isopotenziale è il segmento S-T che va dalla fine dell'onda S all'inizio dell'onda T e rappresenta il momento in cui tutte le cellule del ventricolo sono invase dal pda e in fase di plateau. Questi segmenti sono importanti perché una loro alterazione significa ad esempio che il plateau di quel pda ha una durata diversa

5 oppure si possono creare delle situazioni in cui ho una differenza di potenziale nel momento in cui non dovrebbe esserci, ad esempio cellule che sono ben depolarizzate e cellule che non si sono depolarizzate per niente. Questa situazione segnala una patologia. Il segmento che va dalla fine dell'onda T all'inizio dell'onda P di un secondo tracciato rappresenta il periodo di riposo a cui segue l'attività elettrica a livello degli atri e quindi l'inizio di un altro ciclo cardiaco. L'intervallo differisce dal tratto-segmento perché il tratto-segmento è isopotenziale (non c'è onda perché non c'è differenza di potenziale) mentre l'intervallo è un periodo che comprende delle onde. L'intervallo P-R è il tempo che va dall'inizio dell'onda P fino all'inizio dell'onda R (è anche detto intervallo P-Q nel caso in cui si veda l'onda Q); questo intervallo rappresenta il tempo di conduzione atrio-ventricolare ovvero il tempo in cui il pda che è nato nel NSA si propaga fino al NAV per poi attivare i ventricoli; il tempo che va dall'inizio dell'onda P all'inizio del complesso QRS rappresenta il tempo impiegato dal pda per propagarsi e dà un'indicazione precisa sul ritardo nodale, cioé sul ritardo che deve avvenire nel NAV. L'intervallo Q-T va dall'inizio dell'onda Q alla fine dell'onda T e segnala tutto il tempo di eccitazione (depolarizzazione-ripolarizzazione) del ventricolo. Si possono poi individuare altri intervalli come l'intervallo Q-S che va dall'inizio dell'onda Q alla fine dell'onda S e rappresenta la durata della depolarizzazione del ventricolo. La tabella sopra definisce durata, ampiezza e significato di onde e intervalli. L'intervallo P-R è molto importante ed ha una durata di 0,12-0,20 secondi; una durata maggiore di questo intervallo comporta un maggiore ritardo nella conduzione atrio-ventricolare. Se io so che il segmento S-T rappresenta il momento in cui tutte le cellule del ventricolo sono in fase di plateau e quindi tra esse non c'è differenza di potenziale, mi aspetto che tale segmento si trovi sulla linea zero. Se c'è un dislivello del segmento S-T rispetto alla linea zero questo è il segno di una patologia abbastanza seria che è l'ischemia del miocardio fino ad arrivare all'infarto. Questa patologia è segnalata da uno slivellamento del segmento S-T dove per slivellamento si intende il fatto che il segmento si trova tutto sopra o sotto la linea zero. Ciò vuol dire che c'è differenza di potenziale in un momento in cui invece mi aspetto che tutte le cellule siano depolarizzate e che quindi non ci sia differenza di potenziale. In questo caso c'è gran parte del tessuto che è stato capace di depolarizzarsi e parte del tessuto ischemico o addirittura infartuato (l'infarto dà necrosi, morte delle cellule cardiache) in cui non è possibile la depolarizzazione; questo ultimo tessuto è una massa muscolare che rimane a riposo generando con l'altra parte depolarizzata una differenza di potenziale. Una delle prime cose che si va a cercare nell'ecg di un paziente che sospetta ischemia o infarto del miocardio è la posizione del segmento S-T che avrà subito sopraslivellamento; si osservano anche allargamento dell'onda Q e inversione dell'onda T.

6 Quando registriamo un ECG registriamo delle variazioni di potenziale esterne al cuore che sono la conseguenza di eventi che interessano il pda della singola cellula cardiaca. Nella figura sottostante è rappresentata la corrispondenza tra gli eventi elettrocardiografici che riguardano il ventricolo e il pda di una singola cellula ventricolare. La depolarizzazione è rappresentata dal complesso QRS. Il plateau è rappresentato dal segmento isopotenziale S-T. La ripolarizzazione è espressione del ritorno a riposo delle cellule cardiache rapprentato dall'onda T. Come si generano le onde dell'ecg? Quando una massa di tessuto è completamente a riposo o completamente depolarizzata due elettrodi, che sono posti all'esterno e collegati rispettivamente col polo positivo e il polo negativo dello strumento di registrazione, non registrano niente perchè non c'è differenza di potenziale. Se invece ho una massa che viene invasa da una depolarizzazione ad esempio da sinistra verso destra, la parte depolarizzata è negativa all'esterna mentre quella a riposo è positiva all'esterno; verrà dunque a crearsi non solo una corrente intracellulare responsabile della propagazione del pda ma anche una corrente esterna cha va dal polo positivo al polo negativo, che si propaga attraverso gli elettrodi e darà origine ad una differenza di potenziale dal valore positivo. L'elettrodo positivo è in un campo positivo; l'elettrodo negativo è in un campo negativo. L'elettrodo positivo in campo positivo genera sempre un'onda positiva; viceversa se l'elettrodo positivo si trovasse sul campo negativo e l'elettrodo negativo si trovasse sul campo positivo gli elettrodi in tal caso genererebbero un'onda negativa. Andiamo ad analizzare come si generano queste onde immaginando di avere due elettrodi all'esterno di una massa muscolare, come il tessuto muscolare cardiaco, che si sta depolarizzando da sinistra verso destra. All'inizio entrambi gli elettrodi sono posti nello stesso campo positivo: tutto l'esterno è positivo perché il tessuto è a riposo ed io ho una linea isopotenziale. Man mano che la depolarizzazione procede l'elettrodo negativo comincia a trovarsi in un campo negativo e l'elettrodo positivo rimane in campo positivo. Si viene a creare una differenza di potenziale tra questi due elettrodi che dà origine alla comparsa di un'onda positiva. L'elettrodo positivo è in campo positivo, vede avvicinarsi la depolarizzazione e quindi comincerò a registrare

7 un'onda positiva. Le onde positive registrate nell'ecg da quella derivazione sono risultato del fatto che questi due elettrodi sentono avvicinarsi verso l'elettrodo positivo un'onda di depolarizzazione o, in altre parole, l'onda di depolarizzazione che sta viaggiando dà origine ad un campo elettrico crescente in prossimità dell'elettrodo positivo. Quando entrambi gli elettrodi sono raggiunti dalla depolarizzazione e si vengono a trovare in un campo negativo, si ha di nuovo una linea isopotenziale che segnala assenza di differenza di potenziale non perché il tessuto è a riposo ma perché il tessuto è depolarizzato. Nel momento in cui la parte depolarizzata sta tornando a riposo, per via della ripolarizzazione che viaggia da sinistra verso destra, i due elettrodi vengono a trovarsi in campi opposti (l'elettrodo positivo si trova in campo negativo e l'elettrodo negativo si trova in campo positivo) e quindi registreremo un'onda negativa. Quando siamo tornati a riposo tutto l'esterno è positivo e si ha di nuovo una linea isopotenziale. Le varie parti del cuore, atri e ventricoli, devono essere considerate come parti separate. Quando si parla di differenza di potenziale, perché una zona è depolarizzata e una zona è a riposo, ci si riferisce all'interno degli atri o all'interno dei ventricoli. Non si deve pensare che ci sia differenza di potenziale quando l'atrio è al riposo e il ventricolo è depolarizzato ma la differenza di potenziale si considera sempre all'interno delle singole camere cardiache. La depolarizzazione che si propaga può essere vista come un fronte d'onda che separa all'esterno cariche negative (nelle zone già depolarizzate) e cariche positive (nelle zone a riposo, non ancora depolarizzate). Possiamo immaginare l'insieme delle cariche negative da una parte e positive dall'altra come un'unica carica negativa che viaggia da un lato e un'unica carica positiva dall'altra parte. Così facendo descriviamo un dipolo elettrico formato da una carica negativa separato da una breve distanza da una carica positiva. Intorno alla carica negativa si crea un campo elettrico caratterizzato da linee di forze che vanno via via decrescendo e lo stesso si osserva attorna alla carica positiva: si tratta di linee isopotenziali con una forza del campo elettrico che diminuisce man mano che io mi allontano dalla carica e con flussi di corrente che vanno dalla carica positiva a quella negativa. La forza del campo elettrico diminuisce con il quadrato della distanza dalla carica elettrica. Nel cuore questo fenomeno si presenta ogni qualvolta una parte si attiva e l'altra parte è ancora a riposo. Chiaramente questo dipolo è mobile perchè il dipolo cambia continuamente direzione a seconda di come avviene la propagazione dell'onda depolarizzante. Il dipolo mobile può essere semplificato come un vettore caratterizzato da intensità, verso e direzione. Il vettore dipolare ha la freccia verso la carica positiva e la coda verso la carica negativa. Nel vettore dipolare distingueremo: -direzione: è l'asse del dipolo -verso: senso dello spostamento -grandezza: momento dipolare (carica per distanza) da cui deriva la lunghezza del vettore. Istante per istante partendo dal momento in cui il pda si è generato nel NSA l'onda di attivazione delle camere cardiache può avere direzione di propagazione diverse. Dal NSA nell'atrio destro l'onda di attivazione viaggia in basso ma anche a sinistra perché andrà ad invadere l'atrio sinistro, dirotterà poi giù verso il NAV e così via. Quindi istante per istante abbiamo direzioni di propagazione diverse che danno origine a diversi vettori dipolari la cui risultante in ogni istante è ricavabile con la regola del parallelogramma. Il vettore che si ottiene rappresenta la direzione di propagazione dell'onda che è la risultante di tutta una serie di direzioni istantanee. La direzione di propagazione di un'onda di depolarizzazione degli atri o di un'onda di depolarizzazione dei ventricoli può essere quindi descritta come un vettore risultante medio. La depolarizzazione che viaggia dal NSA nell'atrio destro al NAV dà origine a un vettore medio diretto dall'alto verso il basso e da destra verso sinistra. Ricordando che la coda del vettore bipolare è rivolta alla carica negativa e la punta alla carica positiva, durante l'attivazione dell'atrio mi aspetto che la parte destra del mio torace diventi negativa. Poiché il corpo è un conduttore tridimensionale di corrente il campo elettrico negativo si propaga in superficie verso destra e verso l'alto, il campo elettrico positivo si propaga verso sinistra e verso il basso. Se si esegue la prima

8 derivazione bipolare ponendo al braccio destro l'elettrodo negativo e al braccio sinistro l'elettrodo positivo, l'elettrodo negativo sta in campo negativo e quello positivo sta in campo positivo quindi in questa prima derivazione registriamo un'onda P che è positiva. Immaginiamo di eseguire una derivazione unipolare che registri un'onda depolarizzante in via di propagazione. Questa depolarizzazione sta viaggiando e quindi si sta creando un dipolo elettrico rappresentabile sotto forma di vettore bipolare. L'elettrodo registrante che è positivo si viene a trovare in un campo positivo che vede avvicinarsi l'onda di depolarizzazione e quindi si registra un'onda positiva. Quando tutto il tessuto è depolarizzato, e quindi è tutto negativo all'esterno, ci troviamo in linea isopotenziale. Nel momento in cui il tessuto torna allo stato di riposo, grazie ad un'onda di ripolarizzazione che procede nella stessa direzione rispetto all'onda depolarizzante, noi abbiamo la creazione di un dipolo invertito perché laddove il tessuto torna a riposo l'esterno è positivo mentre nella restante parte ancora depolarizzata l'esterno è negativo. Man mano che la ripolarizzazione procede l'elettrodo registrante sentirà avvicinarsi una negatività: in questo caso il vettore dipolare avrà direzione opposta e io registro un'onda negativa. Nel caso in cui la ripolarizzazione procede in direzione opposta all'onda depolarizzante, in maniera tale che gli ultimi punti a depolarizzarsi sono i primi a ritornare a riposo, il dipolo è lo stesso di quello che si osserva nella fase di depolarizzazione, il vettore mantiene la stessa direzione e quindi l'elettrodo registrerà un'altra onda

9 positiva. Questo è il motivo per cui in una registrazione elettrocardiografica vediamo l'onda T, che è l'onda di ripolarizzazione ventricolare, con la stessa polarità dell'onda di depolarizzazione ventricolare (complesso QRS) ovvero si tratta in entrambi i casi di onde positive: infatti le ultime cellule a depolarizzarsi sono le prime che tornano a riposo perché nel ventricolo la depolarizzazione va dall'endocardio verso l'epicardio ma la ripolarizzazione va dall'epicardio verso l'endocardio. Il plateau delle cellule dell'endocardio è molto più lungo del plateau delle cellule dell'epicardio perché nel primo caso dura di più il pda. Vediamo ora come si può spiegare la relazione tra il vettore cardiaco, che rappresenta per ogni parte del cuore considerata l'onda depolarizzante in quell'istante, e le differenze di potenziale che noi registriamo nell'ecg. Dobbiamo cioé definire come le onde che vediamo nelle registrazioni possano mettersi in relazione con il vettore cardiaco. Per capire ciò dobbiamo considerare la seguente esemplificazione. Immaginiamo il torace come un conduttore tridimensionale sferico capace di trasferire correnti nelle varie direzioni. Prendiamo in considerazione la sezione longitudinale di questa sfera e poniamo al centro della sezione il vettore che rappresenta in un determinato momento l'attività che voglio considerare: immaginiamo l'atrio che quando si attiva dall'alto verso il basso e da destra verso sinistra dà origine a un vettore risultante rappresentato in rosso nella figura seguente. Consideriamo ora le proiezioni di questo vettore sui lati di un triangolo equilatero inscritto nella sezione di sfera cioé nella circonferenza. Si prende un triangolo equilatero perchè è una figura geometrica che ha meno lati possibili e i cui vertici sono equidistanti dal centro. La proiezione del vettore sui lati del triangolo è uguale al coseno dell'angolo che il vettore forma con il lato del triangolo. Il vettore è uno solo ma le sue proiezioni sui 3 lati sono diverse. Se il vettore è parallelo a un lato del triangolo la proiezione è lunga quanto il vettore; se il vettore è perpendicolare al lato del triangolo la sua proiezione su quel lato è nulla, rappresentata con un punto. Partendo da questi concetti matematici è possibile formulare i postulati di Einthoven, medico olandese inventore dell'elettrocardiografia che è riuscito a capire la relazione esistente tra l'attività che si genera in vari momenti nelle varie parti del cuore e i tracciati che possiamo registrare con coppie di elettrodi posti in punti diversi del corpo. Questi postulati dicono che: -il torace è assimilabile ad un conduttore sferico omogeneo con al centro il cuore. Le forze elettriche cardiache si generano al centro di questo conduttore. -la risultante in ogni momento di queste forze può essere rappresentata da un unico vettore. -i punti di unione degli arti col tronco rappresentano i vertici di un triangolo equilatero (gli arti inferiori sono considerati come unico arto attaccato al pube). Questo triangolo è detto triangolo di Einthoven e i suoi vertici, equidistanti e giacenti sullo stesso piano, rappresentano i punti in cui vengono posti gli elettrodi registranti. -possiamo così analizzare le proiezioni del vettore cardiaco sui lati del triangolo. Le principali concezioni di Einthoven sono le seguenti:

10 -in ogni istante le differenze di potenziale registrate da coppie di elettrodi posti ai vertici del triangolo di Einthoven rappresentano le proiezioni del vettore cardiaco risultante sulle linee che uniscono gli elettrodi. In altri termini se io registro un'onda P di una certa ampiezza in prima derivazione bipolare (braccio destro-braccio sinistro) l'ampiezza di quell'onda non è altro che la proiezione su questo lato del vettore che esprime la depolarizzazione dell'atrio, e quindi il vettore risultante da tutti i vettori istantanei che descrivono la propagazione dell'onda di depolarizzazione dell'atrio. -l'ampiezza delle onde P, QRS e T, misurata sul tracciato registrato in ciascuna derivazione, corrisponde alla proiezione del vettore che rappresenta rispettivamente l'attivazione atriale, l'attivazione ventricolare e la ripolarizzazione ventricolare. Possiamo a questo punto capire perché queste onde, che rappresentano depolarizzazione atriale, depolarizzazione ventricolare e ripolarizzazione ventricolare, non hanno la stessa ampiezza e possono anche avere polarità diversa sui tracciati delle varie derivazioni. I tracciati sono diversi perché l'attività del cuore, che è sempre la stessa, è vista da punti diversi. Nella figura sopra è rappresentato il triangolo di Einthoven. Gli elettrodi sono posti alle due braccia (intese come polsi) e all'arto inferiore sinistro (inteso come caviglia sinistra) mentre l'arto inferiore destro viene utilizzato per attaccare un elettrodo di terra per evitare che il paziente prenda corrente attraverso l'apparecchio. Queste condizioni sono assolutamente mondiali e valide ovunque. Nella prima derivazione bipolare di Einthoven l'elettrodo positivo è posto sul braccio sinistro e l'elettrodo negativo è posto sul braccio destro. Nella seconda derivazione bipolare di Einthoven l'elettrodo positivo è posto sulla gamba sinistra e l'elettrodo negativo sul braccio destro. Nella terza derivazione bipolare di Einthoven l'elettrodo positivo è posto sulla gamba sinistra e quello negativo sul braccio sinistro. Considerando la posizione inclinata del cuore del torace, a seguito della propagazione del pda si avrà che la parte destra degli arti superiori è negativa e quella sinistra è positiva. Nella figura sottostante vi è un esempio pratico dell'utilità del triangolo di Einthoven. In un certo istante i valori dei voltaggi sono i seguenti: -voltaggio braccio destro Vbs = -0,2 mv -voltaggio braccio sinistro Vbs = +0,3 mv -voltaggio gamba sinistra Vgs = +1 mv Il campo elettrico varia durante la propagazione dell'onda depolarizzante a seconda della direzione e dell'entità della propagazione. Sulla base di questi dati è possibile calcolare le 3 derivazioni bipolari. Secondo la legge di

11 Kirchhoff per i circuiti chiusi (in questo caso si parla anche di legge di Einthoven) la somma dei voltaggi delle 3 derivazioni deve essere zero. Nei postulati di Einthoven la seconda derivazione è indicata come negativa: procedendo in senso orario la prima derivazione e la terza derivazione hanno estremità negativo-positivo mentre la seconda derivazione ha le estremità invertite; se tali estremità non fossero invertite un vettore rivolto con la punta in basso darebbe luogo ad onde rovesciate rispetto alle onde della prima e della terza derivazione e questo perché l'elettrodo positivo verrebbe a trovarsi in un campo negativo; in altre parole verrebbero a generarsi onde negative anziché onde positive ma poiché Einthoven voleva onde con la stessa polarità (anche se con ampiezza diversa) sulle 3 derivazioni ha invertito la polarità della seconda derivazione. Per la legge di Einthoven DI + (-DII) + DIII = 0 e quindi DII = DI + DIII. L'ampiezza dell'onda sulle varie derivazioni dipende da come è orientato il vettore che rappresenta una determinata attività rispetto all'asse di derivazione. Più il vettore è parallelo all'asse di derivazione, maggiore sarà la ampiezza dell'onda. Per giustificare ciò immaginiamo di avere un vettore dipolare parallelo all'asse di derivazione: in tal caso l'entità del campo elettrico ai due elettrodi sarà la stessa ma di polarità opposta (si passa da -1,5 mv a 1,5 mv) per cui la differenza di potenziale mi dà un'onda che è la massima possibile. Ecco perché è importante considerare l'orientamento del vettore. L'onda è positiva perché l'elettrodo positivo si trova in campo positivo; se gli elettrodi venissero invertiti l'onda avrebbe stessa ampiezza ma sarebbe negativa; in conclusione la polarità dell'onda dipende da dove si trova l'elettrodo positivo. Se il vettore ha un altro orientamento varia il valore dei potenziali agli elettrodi (si passa da 0 mv a +2 mv); essendo minore la differenza di potenziale sarà minore l'ampiezza dell'onda.

12 Se il vettore è perpendicolare all'asse di derivazione io proietto sull'asse un punto per cui è come se non registrassi niente. Se il vettore è parallelo all'asse di derivazione la sua proiezione ha lunghezza pari al vettore per cui si registra un'onda di ampiezza massima. Consideriamo ora come si genera il complesso QRS nell'ecg considerando i vettori. Il ventricolo comincia a depolarizzarsi a livello del setto; la depolarizzazione del setto, per le diverse dimensioni del setto di sinistra rispetto al setto di destra, dà origine ad un vettore risultante che è diretto dall'alto in basso e da sinistra verso destra. Costruendo il vettore nel triangolo di Einthoven vedo le proiezioni corrispondenti sui 3 lati del triangolo: nella prima derivazione il vettore si proietta con la punta verso il negativo per cui mi aspetto di vedere un'onda negativa (si vede l'onda che va in basso e a sinistra); nella seconda derivazione la proiezione è più piccola e diretta ancora verso il negativo per cui l'onda è negativa; nella terza derivazione la proiezione è maggiore rispetto alla seconda e diretta verso il positivo per cui l'onda è in questo caso positiva. Così facendo è possibile costruire le varie parti della depolarizzazione del ventricolo.

13 L'onda R è generata da questi due momenti: c'è un'attivazione dell'apice e un'attivazione della camera che va dall'endocardio all'epicardio. Si tracciano quindi 2 vettori e se ne studiano la proiezioni. Ad esempio il primo vettore va dall'alto in basso e da destra a sinistra, ha una lunga proiezione in seconda derivazione e una piccola proiezione in prima derivazione; il secondo vettore è rivolto verso sinistra. L'onda S, la base del ventricolo che si attiva per ultimo, dà normalmente un vettore che è spostato dall'apice verso la base del cuore e un po' verso destra. In tutte e 3 le proiezioni la punta va verso il negativo per cui avremo un'onda negativa.

14 Nella figura di sotto si vede un ECG totale in seconda derivazione. La ampiezza di un'onda deriva dalla proiezione del vettore e la sua polarità dipende da dove si trova l'elettrodo positivo. Si vede in ordine: -un'onda P, positiva: depolarizzazione atriale. -un segmento PQ o PR: conduzione attraverso il NAV e il fascio atrio-ventricolare o fascio di His -un'onda Q, negativa: depolarizzazione del setto interventricolare -un'onda R, positiva: depolarizzazione dell'apice dei ventricoli -un'onda S, negativa: depolarizzazione della base dei ventricoli -un segmento ST: tutte le cellule ventricolari sono invase dal pda e in fase di plateau -un'onda T, positiva: ripolarizzazione ventricolare. L'onda T è positiva come l'onda R perché il ventricolo si depolarizza dall'endocardio all'epicardio e si ripolarizza dall'epicardio verso l'endocardio. In elettrocardiografia è possibile costruire un tracciato noto come vettocardiogramma che è la rappresentazione in una figura ad ansa di tutti gli spostamenti del vettore nel ciclo elettrico cardiaco istante per istante. Questa figura si costruisce seguendo la punta del vettore. Immaginiamo di avere inizialmente un vettore che è rappresentazione dell'attività di depolarizzazione degli atri; man mano che la depolarizzazione si

15 sposta dagli atri ai ventricoli il vettore muta di posizione; seguendo la punta del vettore viene a formarsi una figura ad ansa. E' importante costruire questa tracciato perché se la figura ad ansa è più grande, più schiacciata o comunque diversa dal normale, significa che le punte del vettore hanno seguito un percorso diverso, quindi i vettori sono orientati diversamente e ciò vuol dire che la propagazione del cuore può essere alterata. DERIVAZIONI ELETTROCARDIOGRAFICHE Le derivazioni bipolari sono eseguite con due elettrodi registranti (polo positivo e polo negativo). In ECG si eseguono le derivazioni bipolari agli arti di Einthoven (DI, DII, DIII) nelle quali la coppia di elettrodi è posta ai vertici del triangolo di Einthoven. Abbiamo poi le derivazioni unipolari in cui l'elettrodo registrante è sempre l'elettrodo positivo, e l'elettrodo indifferente è un elettrodo di riferimento; non esiste nel corpo umano un punto che non risenta dell'attività elettrica del cuore, quindi l'elettrodo indifferente viene costruito artificialmente con un artifizio fisico. Esistono due tipi di registrazioni unipolari agli arti di cui quella più usata è la derivazione unipolare agli arti di Goldberger nella quale l'elettrodo indifferente viene costruito attraverso un collegamento dei due elettrodi da cui non si registra: in altri termini attacco l'elettrodo positivo al punto in cui voglio registrare (ad esempio braccio destro o braccio sinistro o gamba sinistra) dopodicché collego insieme gli altri due arti e li mando attraverso una resistenza in un punto centrale costruito elettricamente in modo tale che abbia potenziale zero. Le derivazioni unipolari agli arti di Goldberger sono indicate con la sigla avr, avl, avf dove la lettera "a" sta per "aumentato" dal momento che il voltaggio puro registrato dal braccio sinistro, dal braccio destro o dalla gamba sinistra in questo modo è un voltaggio aumentato rispetto a quello registrato da derivazioni unipolari in cui tutti e tre gli arti sono utilizzati per creare l'elettrodo indifferente. In quest'ultimo caso gli elettrodi indifferenti sono collegati a tutti e tre gli arti e andranno infine a collegarsi al polo negativo dello strumento di registrazione; questi elettrodi confluiscono tutti attraverso una resistenza in un punto centrale che per la legge di Kirchhoff è a potenziale invariante (cioé a potenziale zero); questo tipo di registrazione è utilizzato nelle derivazioni unipolari toraciche o precordiali di Wilson (V1-V6). Se confrontiamo una registrazione fatta in avr (derivazione unipolare con elettrodo positivo al braccio destro) con la prima derivazione bipolare si nota che le onde sono le stesse ma sono rovesciate, e questo perché stiamo registrando con un elettrodo positivo da una zona del corpo che diventa negativa quando si depolarizza l'atrio, quando si depolarizza la grande massa ventricolare (onda R) e quando c'è la ripolarizzazione. Contrariamente alle registrazioni in avr, nelle registrazioni in avl e avf l'elettrodo positivo si trova in campo positivo e dunque si generano onde positive.

16 Le derivazioni unipolari precordiali rispetto a quelle agli arti hanno il vantaggio di aumentare il campo di visione, infatti abbiamo più punti da cui guardare il cuore; questi punti sono tutti vicini al cuore e ci consentono quindi di vedere la base e via via l'apice del cuore. Osservando tali derivazioni si vede un'onda R che progressivamente da negativa diventa positiva. Che cosa sta succedendo? Considerando che l'onda di depolarizzazione procede verso il basso, un elettrodo positivo che si trova lontano dalla punta rimane più tempo in un campo negativo rispetto ad un elettrodo che si trovi vicino alla punta. Queste registrazioni sono molto utili per rilevare disturbi che colpiscono l'apice del cuore rispetto alla base: un infarto della parete anteriore del ventricolo verso il basso si vede meglio con le derivazioni precordiali piuttosto che con le derivazioni bipolari agli arti poiché queste ultime vedono il cuore più da lontano. ASSE ELETTRICO CARDIACO Si definisce asse elettrico cardiaco il vettore elettrico ventricolare che esprime la attività depolarizzante del ventricolo ed indica quindi la direzione media di attivazione dei ventricoli e il valore del potenziale medio che si genera nei ventricoli. Un vettore molto lungo e molto corto indicano rispettivamente un'alta o bassa generazione di corrente da parte dei ventricoli. L'asse elettrico cardiaco è molto importante dal punto di vista della diagnostica cardiologica. Per capire come analizzare l'asse elettrico cardiaco bisogna applicare il concetto di Einthoven alla rovescia. Einthoven dice che l'ampiezza delle onde che io registro su una determinata derivazione non è altro che la proiezione del vettore che sta esprimendo quella determinata attività. Se non so come è disposto il vettore cardiaco, e devo conoscerne la disposizione per verificare la normale direzione di propagazione dell'onda depolarizzante, si registra l'ecg, ad esempio dalle derivazioni bipolari, e si valuta l'ampiezza del complesso QRS che interessa il ventricolo in prima e in seconda derivazione; se è vero che l'ampiezza dell'onda è la proiezione del vettore, due proiezioni saranno sufficienti a costruire il vettore risultante.

17 Per capire se il vettore risultante è normale devo considerarne l'inclinazione. Considero l'orientamento del vettore prendendo in considerazione delle coordinate polari. Per definire queste coordinate polari costruisco le parallele ai lati del triangolo di Einthoven rappresentanti le derivazioni DI, DII e DIII, e le faccio passare per il centro. Queste parallele hanno una certa angolazione: I = 0 ; II = 60 ; III = 120. Devo poi considerare che gli assi di derivazione delle unipolari avr, avl e avf sono in realtà le bisettrici degli angoli del triangolo di Einthoven ed hanno anche loro una certa inclinazione: avr = 30 ; avl = 150 ; avf = 90. Ho così costruito gli assi delle derivazioni bipolari e unipolari agli arti in un sistema esassiale. COSTRUZIONE ASSE ELETTRICO CARDIACO Per costruire l'asse elettrico cardiaco prendo il complesso QRS in prima derivazione. L'ampiezza del complesso QRS si ottiene sottraendo all'ampiezza dell'onda R positiva le ampiezze delle onde Q e S negative. Costruisco quindi la proiezione del vettore QRS partendo dal centro e dirigendo la punta verso il positivo o verso il negativo a seconda che il risultato sia positivo o negativo. In maniera analoga, a partire dall'ampiezza del complesso QRS in seconda derivazione, costruisco la proiezione del vettore QRS partendo dal centro. Posso a questo punto costruire il vettore QRS risultante che avrà una certa inclinazione (50 nell'esempio sotto). Normalmente l'asse elettrico cardiaco ha un orientamento che è in media sui 60 però esiste un ambito di normalità che riguarda inclinazioni comprese tra 0 e Le deviazioni normali dipendono dal fatto che anatomicamente il cuore può avere una posizione variabile: soggetti magri e alti tendono ad avere un cuore in posizione più verticale rispetto a soggetti obesi il cui diaframma spinge così che il cuore in questi casi assuma una posizione più orizzontale. Deviazioni a sinistra o a destra rispetto all'ambito di normalità sono patologiche

18 ed indicano alterazioni della propagazione dell'eccitamento che si verificano ad esempio in caso di ipertrofia di un ventricolo o blocchi di branca. Nella diagnostica cardiaca l'ecg permette di rilevare alterazioni nell'eccitamento che a loro volta possono essere causa o conseguenza di disturbi della funzionalità cardiaca. Le informazioni che si ricavano dall'ecg riguardano: -frequenza: distingueremo casi di frequenza normale (60-90/min), tachicardia (sopra i 90/min) o bradicardia (sotto i 60/min) -origine dell'eccitamento: ritmo sinusale, nodale o idioventricolare -alterazioni del ritmo: aritmie sinusali, extrasistolie, flutter atriale (aritmia sopraventricolare con contrazione dell'atrio molto rapida e regolare), fibrillazione -alterazioni della conduzione: ritardi o blocchi di conduzione -alterazioni della propagazione: ipertrofie ventricolari, blocchi di branca -indicazioni di insufficiente circolazione coronarica -indicazioni sulla localizzazione, estensione e decorso di un infarto al miocardio.