Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Medicina e Chirurgia
Sezione di Fisiologia Umana
La genesi del segnale
elettrocardiografico
secondo la teoria
vettoriale
Parte seconda
a cura di Aldo Ferraresi
.
animazioni interattive di Antonio Schettini
Le derivazioni standard di
Einthoven
Le prime vere registrazioni elettrocardiografiche
furono effettuate all’inizio del XX secolo dal fisiologo
olandese Willem Einthoven, che per questo motivo
vinse il premio Nobel nel 1924. Non riuscendo ad
ottenere risultati soddisfacenti con gli strumenti
allora disponibili, egli sviluppò un nuovo tipo di
galvanometro, estremamente sensibile e a bassa
inerzia, in grado di riportare su carta fotografica un
fedele segnale dell’attività elettrica cardiaca.
Einthoven registrò le differenze di
potenziale tra coppie di elettrodi
applicati agli arti. Per questo
motivo tali derivazioni, usate
tuttora, vengono definite
“derivazioni bipolari dagli arti” o
“derivazioni standard di
Einthoven”.
Vediamo ora in dettaglio quali sono
queste derivazioni e, in particolare,
come sono disposti gli elettrodi.
Prima derivazione (DI)
L’elettrodo di riferimento è
applicato al braccio destro
(click), mentre l’elettrodo
esplorante (click) è applicato al
braccio sinistro.
L’asse di registrazione relativo a
questa coppia di elettrodi (click)
sarà disposto orizzontalmente,
con il verso positivo dalla parte
del braccio sinistro.
Questa coppia di elettrodi sarà in
grado di “vedere” soltanto gli
eventi elettrici che si proiettano
su tale asse di registrazione.
Seconda derivazione (DII)
L’elettrodo di riferimento è
applicato al braccio destro
(click), mentre l’elettrodo
esplorante (click) è applicato alla
gamba sinistra.
L’asse di registrazione relativo a
questa coppia di elettrodi (click)
sarà inclinato dall’alto verso il
basso e da destra verso sinistra
(relativamente al soggetto), con
il verso positivo dalla parte della
gamba sinistra.
Questa coppia di elettrodi sarà in
grado di “vedere” soltanto gli
eventi elettrici che si proiettano
su tale asse di registrazione.
Terza derivazione (DIII)
L’elettrodo di riferimento è
applicato al braccio sinistro
(click), mentre l’elettrodo
esplorante (click) è applicato alla
gamba sinistra.
L’asse di registrazione relativo a
questa coppia di elettrodi (click)
sarà inclinato dall’alto verso il
basso e da sinistra verso destra
(relativamente al soggetto), con
il verso positivo dalla parte della
gamba sinistra.
Questa coppia di elettrodi sarà in
grado di “vedere” soltanto gli
eventi elettrici che si proiettano
su tale asse di registrazione.
Il triangolo di
Einthoven
In realtà potremmo considerare
gli arti come normali conduttori,
ed allora dovremmo considerare
che gli elettrodi siano applicati
in corrispondenza delle spalle
(braccio Dx e Sn) e dell’inguine
(gamba Sn).
Gli assi di registrazione, a questo
punto, formano un triangolo
grossolanamente equilatero noto
come triangolo di Einthoven.
Tale triangolo costituisce il
sistema di assi sui quali potremo
proiettare i vettori che si
formano durante le varie fasi
della depolarizzazione cardiaca.
Il triangolo di Einthoven è di
fatto un sistema di assi cartesiani
non ortogonali, in cui valgono le
stesse regole di scomposizione
dei vettori già viste in
precedenza.
Quindi, dato un vettore
qualunque (click), se vogliamo
sapere di quanto defletterà l’ago
(o la penna) dello strumento
collegato alla coppia di elettrodi
DII, dovremo costruire la
proiezione di tale vettore
sull’asse di registrazione della
derivazione in questione (click).
L’ago dello strumento devierà in
modo proporzionale al modulo
della proiezione (click).
Nota: le unità di misura di questo
esempio sono arbitrarie.
-1
-2
0
1
2
Se però prendiamo in esame un
altro vettore (click), la cui
proiezione ha il verso contrario a
quello dell’asse di registrazione
(click), l’ago dello strumento
devierà dal lato negativo della
scala (click).
-1
-2
0
1
2
Se però prendiamo in esame un
altro vettore (click), la cui
proiezione ha il verso contrario a
quello dell’asse di registrazione
(click), l’ago dello strumento
devierà dal lato negativo della
scala (click).
Infine, se consideriamo un terzo
vettore (click), perfettamente
perpendicolare all’asse di
registrazione, esso avrà una
proiezione nulla (click), e quindi
l’ago dello strumento non si
sposterà dallo zero.
-1
-2
0
1
2
Nella prossima diapositiva una animazione interattiva consentirà
di modificare a piacimento un vettore, visualizzando le sue
proiezioni sul sistema di assi che costituisce il triangolo di
Einthoven. Contemporaneamente verranno visualizzati i tracciati
elettrocardiografici relativi a ciascuna derivazione.
Lo scopo è quello di verificare in modo più concreto quanto detto
fino a questo momento circa le proiezioni dei vettori ed il modo in
cui le coppie di elettrodi “vedono” i vettori.
Un buon esercizio consiste nel provare a prevedere cosa accadrà
ad ognuno dei tracciati prima di modificare il vettore.
Attenzione: per eseguire l’animazione
è necessario che sul computer sia
installato il plugin “Flash Player”,
scaricabile gratuitamente dal sito:
http://get.adobe.com/it/flashplayer/
Uno o due click in quest’area consentono di andare avanti con la presentazione
Un tracciato tipico
Le
onde che
compaiono
un
La “teoria
vettoriale”
è iningrado
tracciato
elettrocardiografico
di correlare
queste onde con i
vengono
convenzionalmente
relativi eventi
elettrici in base ai
indicate
con
delle
lettere:
principi fin qui esposti.
P
depolarizzazione
Affinché
tale teoria atriale
possa essere
applicata
ad un sistema
QRS depolarizzazione
biologico,
bisogna accettare due
ventricolare
assunti di base:
T ripolarizzazione ventricolare
 che il cuore sia una sorgente
Nell’ambito
deleventi
gruppo
QRS, va
puntiforme di
elettrici;
sottolineato che:
 che il torace sia un mezzo
•
la R è la prima
(ed in genere
conduttore
omogeneo.
unica) onda positiva;
Anche se queste affermazioni
•
la Q
è l’eventuale
onda
non
sono
vere in senso
assoluto,
negativa
che
precede
la
R; allo
sono accettabili se applicate
studio
derivazioni
• la S èdelle
l’eventuale
ondadagli arti.
negativa che segue la R.
Modificata, da http://butler.cc.tut.fi/~malmivuo/bem/bembook/
Depolarizzazione atriale
All’inizio della depolarizzazione
atriale, quando sono depolarizzate
solo le cellule del nodo senoatriale, l’attività elettrica è troppo
piccola perché l’elettrocardiografo
la possa registrare.
In altre parole, il modulo del
vettore risultante dall’attività delle
cellule in questione è troppo
piccolo perché le sue proiezioni
possano essere rilevate dallo
strumento e provocare una
deflessione delle penne.
Di conseguenza, in tutte e tre le
derivazioni le penne giacciono
sulla linea isoelettrica, rendendo
questa fase indistinguibile dalla
precedente diastole.
Modificata, da http://butler.cc.tut.fi/~malmivuo/bem/bembook/
Depolarizzazione atriale
A causa dell’orientamento di
questo vettore, la sua proiezione
sull’asse della derivazione DII è
grande, mentre è molto piccola la
proiezione in DIII; in DI la
situazione è intermedia.
La deviazione delle penne causata
dai moduli di queste proiezioni
costituisce l’onda P, che in DII
avrà quindi la massima ampiezza,
mentre in DIII avrà l’ampiezza
minima; in DI, ovviamente, l’onda
P avrà un’ampiezza intermedia.
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Man mano che l’onda di
depolarizzazione si diffonde nel
tessuto atriale, aumenta il numero
delle cellule coinvolte, e di
conseguenza aumenta il modulo
del vettore risultante.
Le vie di conduzione
Con il completarsi della
depolarizzazione degli atri, la
quantità di tessuto interessato
dall’onda di depolarizzazione
diminuisce fin quasi ad annullarsi,
e di conseguenza la deflessione
delle tre penne dello strumento
diminuisce fino a tornare alla linea
isoelettrica. Ciò comporta la fine
dell’onda P.
A questo punto le uniche cellule
attraversate dall’onda di
depolarizzazione sono quelle del
nodo atrio-ventricolare e quelle
del fascio di His.
L’evento elettrico è di nuovo
troppo esiguo per poter essere
registrato, e le penne giacciono
sulla linea isoelettrica (tratto P-Q).
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Le vie di conduzione
Va notato
Dato
che la
che
depolarizzazione
lo stesso evento
interessaviene
elettrico
inizialmente
“visto” come
il setto
interventricolare,
un’onda
Q in DI e ed
in DII,
in particolare
mentre
il suo
in
DIIIlato
è rappresentato
sinistro, il vettore
dalla è
direttoparte
prima
dall’alto
dell’onda
in basso
R. e da
sinistra a destra.
Di conseguenza, è corretto dire
Questo
che
l’onda
peculiare
Q rappresenta
orientamento
la
del
vettore determinadel
depolarizzazione
una
setto,
proiezione
ma non
negativa
si
può dire
in che
DI elaindepolarizzazione
DII, il che
del
setto dia
ad un’onda
comporta
unaluogo
deflessione
versoQ.il
basso delle relative penne.
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Questa
Depolarizzazione
deflessione verso
delilsetto
basso
nelle derivazioni DI e DII
A livello della rete di Purkinje
costituisce l’onda negativa Q.
l’onda di depolarizzazione
comincia
In
DIII, invece,
ad invadere
la proiezione
il tessuto
del
ventricolare;
vettore
risultaaumentando
positiva, quindi
la la
quantitàpenna
relativa
di cellule
deflette
elettricamente
verso
attive cominciando
l’alto,
il vettore diventa
a descrivere
abbastanza
l’onda
R. In grande
questa derivazione,
per poter
essere rilevato
quindi,
l’onda Qdallo
non strumento.
appare.
Depolarizzazione ventricolare
L’estendersi dell’onda di
depolarizzazione ad un numero
sempre maggiore di cellule
comporta un aumento del modulo
del vettore risultante. La
depolarizzazione si propaga
dall’alto in basso e da destra a
sinistra, e questo è appunto
l’orientamento del vettore.
Come conseguenza, in questa fase
le proiezioni risultano positive in
tutte e tre le derivazioni, dando
luogo a deflessioni positive che
costituiscono le onde R.
In DIII la penna era già deflessa
verso la positività dalla fase
precedente, ma in questa fase la
deflessione aumenta e di
conseguenza aumenta l’onda R.
Modificata, da http://butler.cc.tut.fi/~malmivuo/bem/bembook/
Depolarizzazione ventricolare
Inoltre, sia per la quantità di
tessuto coinvolta nell’evento
elettrico, sia per il modo in cui si
sommano i dipoli presenti in
questa fase, il modulo del vettore
aumenta rispetto alla fase
precedente.
Come conseguenza dell’aumento
del modulo l’onda R aumenta in
DI e in DII. La rotazione del
vettore comporta invece
l’inversione della proiezione in
DIII, il che provoca la comparsa
di un’onda S.
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L’onda di depolarizzazione ha
invaso tutto il ventricolo destro,
che ha una parete più sottile,
mentre sta ancora attraversando
quello sinistro. Questo fatto
comporta una rotazione del
vettore verso sinistra.
Le proiezioni risultano ancora
positive in DI e DII, ma più
piccole, il che comporta una
diminuzione delle onde R in
queste derivazioni.
In DIII invece, la diminuzione del
modulo del vettore risultante è
compensata dal suo orientamento,
che comporta una migliore
proiezione sull’asse.
Come conseguenza, l’onda S
aumenta la sua ampiezza.
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L’onda di depolarizzazione ha
quasi finito di attraversare anche il
ventricolo sinistro, ed il tessuto
elettricamente attivo è ormai
poco. Il vettore risulta quindi
ulteriormente ruotato verso
sinistra e diminuito in modulo.
Nelle tre derivazioni le penne
giacciono sulla linea isoelettrica
(tratto S-T).
Va sottolineato che, anche se
questa fase è caratterizzata da
un “silenzio” elettrico, in realtà i
ventricoli sono nella fase 2 del
potenziale d’azione (plateau del
calcio), e quindi in piena attività.
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Una volta terminata la
depolarizzazione di entrambi i
ventricoli, nell’ambito del cuore
non ci sono più dipoli, e quindi il
vettore risultante è nullo.
Depolarizzazione e
ripolarizzazione
Depolarizzazione
e
Come dimostrato dall’esempio qui
a lato, se confrontiamo una
ripolarizzazione
ripolarizzazione che si sposta da
sinistra a destra con una
depolarizzazione che si propaga in
direzione opposta, la disposizione
delle cariche elettriche risulta la
stessa.
In realtà la ripolarizzazione non si
propaga come la depolarizzazione,
ma interviene dopo un dato tempo
che varia da cellula a cellula.
Nel miocardio, tuttavia, le ultime
cellule che si sono depolarizzate
sono le prime a depolarizzarsi, e si
ha quindi la sensazione di un’onda
che si sposta nel verso opposto a
quello della depolarizzazione.
Ripolarizzazione ventricolare
A causa della particolare modalità
di ripolarizzazione delle cellule
ventricolari, durante questa fase
la disposizione delle cariche è
analoga a quella già osservata
nelle fasi intermedie della
depolarizzazione ventricolare.
La risultante onda T, quindi, è
positiva in DI e in DII, mentre è
negativa in DIII.
Dato che l’apparente propagarsi
della ripolarizzazione è molto più
lento della propagazione (reale)
dell’onda di depolarizzazione,
questo evento elettrico in un certo
modo si “diluisce nel tempo”,
dando luogo ad un’onda più bassa
e più larga rispetto al gruppo QRS.
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Ripolarizzazione ventricolare
Diastole
Tutte le cellule del miocardio sono
tornate al potenziale di riposo.
Anche se sono polarizzate (sono in
condizione di potenzaile di riposo),
tutto il tessuto è in una condizione
di omogeneità elettrica, e non
sono presenti dipoli.
Il vettore risultante è quindi nullo,
e le penne risultano sulla linea
isoelettrica in tutte e tre le
derivazioni.
Questa situazione perdura,
ovviamente, fino alla sistole
successiva, dando luogo ad un
lungo tratto isoelettrico.
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Diastole
Nella prossima diapositiva una animazione visualizzerà in modo
continuo il movimento del vettore che abbiamo fin qui analizzato.
Contemporaneamente verranno mostrate sia le proiezioni del
vettore che i tracciati relativi alle tre derivazioni.
Due controlli interattivi permettono di variare la velocità
dell’animazione o di procedere passo-passo.
Analogamente ai tracciati delle diapositive precedenti, lo zero
degli assi (e quindi l’origine del vettore) è stato spostato per
consentire una visualizzazione più chiara.
Attenzione: per eseguire l’animazione
è necessario che sul computer sia
installato il plugin “Flash Player”,
scaricabile gratuitamente dal sito:
http://get.adobe.com/it/flashplayer/
Emulatore 3
Le derivazioni bipolari dagli arti in un
cuore normale
Uno o due click in quest’area consentono di andare avanti con la presentazione
Riassumendo
Le onde che compaiono nell’elettrocardiogramma vengono spiegate
dalla teoria vettoriale come il risultato degli spostamenti del vettore
elettrico costituito dalle cellule che sono coinvolte nell’onda di
depolarizzazione.
Analizzando le varie fasi della depolarizzazione cardiaca si può
dimostrare come ogni onda, in una data derivazione, corrisponda al
modulo della proiezione del vettore medio sul relativo asse di
registrazione. L’assenza di onde può significare l’assenza di
movimenti dell’onda di depolarizzazione o, in alcuni casi, il
coinvolgimento di una quantità di tessuto troppo piccola per dare
luogo ad eventi elettrici rilevabili.
La ripolarizzazione sembra propagarsi come un’onda, che però
viaggia nel verso opposto all’onda di depolarizzazione. A causa della
disposizione che assumono le cariche elettriche, la polarità dell’onda
corrispondente (onda T) è analoga alla polarità dei vettori della
depolarizzazione ventricolare.