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 10 4 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 j x x + j x x dx j x j x ( ) x x j j + dx dydz = dτ x x densità di corrente entrante nella faccia x densità di corrente uscente da x+dx e la legge di Ohm