ECG - guida completa

Derivazioni bipolari

Considerando una fibra muscolare (in questo caso il cilindro), mediante una coppia di elettrodi extracellulari applicati nei punti A e B, possiamo registrare le differenze di potenziale elettrico. Vi appartengono le derivazioni di Einthoven. Questo tipo di derivazioni sfrutta attivamente entrambi gli elettrodi: eccitando la fibra con un PDA che si propaga da A a B si vuole ricostruire come varia (nel tempo) la ΔV (AB) = Va - Vb mentre la esterna cellula viene percorsa dal PDA cui è sottoposto un cardiomiocita di lavoro.

Si può notare che con una derivazione bipolare (ciascuno dei due elettrodi è libero di assumere qualsiasi potenziale), ottengo un'onda bifasica che è caratterizzata da due deflessioni, una positiva verso l'alto e una negativa verso il basso della stessa ampiezza. Si riporta il grafico:

• All'inizio dell'eccitazione A e B sono equipotenziali.
• Successivamente la porzione della cellula corrispondente ad A viene depolarizzata, mentre B rimane a riposo, così che ΔV(AB) = A(+30 mV) - B(-100mV) = +130 mV, corrispondente ad un picco verso l'alto (il valore massimo del picco si raggiunge quando metà della fibra è stata depolarizzata).
• Il PDA continua a propagarsi internamente tale che sia A che B sono eccitati ed equipotenziali, per cui il valore riportato nel grafico del voltaggio esterno è ΔV(AB) = 0: si ritorna sulla linea isoelettrica.
• La porzione di A viene ripolarizzata tornando al potenziale di riposo mentre B è ancora eccitata, per cui il picco di ΔV(AB) ottenuto in 2 cambia di segno, assumendo valore negativo al di sotto della linea isoelettrica.
• Quando B si ripolarizza, si ritorna alla linea isoelettrica.

Il grafico dà modo di desumere che un istante di tempo corrispondente alla linea isoelettrica non per forza coincide con il miocardio a riposo, ma anche con l'istante in cui tutti i cardiomiociti atriali o ventricolari sono eccitati contemporaneamente (durante cioè il segmento ST). Ciò spiega perché, se il tratto ST non coincide con la linea isoelettrica, ciò è sintomo di una condizione patologica: non tutti i cardiomiociti sono in sincronia, probabilmente a causa di ischemia in una regione che non riceve abbastanza O e va in ibernazione, non contraendosi più.

Derivazioni unipolari

Vi appartengono le derivazioni di Wilson. Se utilizziamo una derivazione unipolare, in cui un elettrodo, che viene indicato come elettrodo esplorante, è libero di assumere qualsiasi potenziale, mentre l’altro elettrodo è un elettrodo di terra, cioè è sempre a potenziale zero, allora il segnale cambia in quanto abbiamo solamente una deflessione positiva.

Derivazioni di Einthoven

Geometricamente, è possibile definire una derivazione come l'asse che congiunge una coppia di elettrodi. Le derivazioni di Einthoven sono derivazioni bipolari che possono essere descritte su un triangolo equilatero idealmente tracciato su punti notevoli del corpo umano, con base superiore ed apice inferiore (triangolo di Einthoven). Per ragioni pratiche, si sposta ciascun vertice reale sull'arto più vicino, di modo che vi si possano facilmente piazzare degli elettrodi per le dovute misurazioni:

• Il vertice R corrisponde alla spalla destra; spostato sul polso destro, passando per la resistenza del braccio destro.
• Il vertice L corrisponde alla spalla sinistra; spostato sul polso sinistro, passando per la resistenza del braccio sinistro.
• Il vertice F corrisponde al processo xifoideo; spostato sulla caviglia sinistra, passando per la resistenza della gamba sinistra.

La caviglia destra funge invece da messa a terra. N.B: L'arto funge da prolungamento passivo solo se il paziente rimane immobile, dal momento che qualunque movimento corrisponde a una corrente di disturbo.

La base delle differenze fra le tre derivazioni di Einthoven risiede su quale dei tre assi di derivazione si considera per ricostruire il tracciato ECG:

• I derivazione di Einthoven: la differenza di potenziale elettrico è calcolata su un asse di derivazione vertice L-vertice R e vale V(I) = ΦL– ΦR, dove Φ è il potenziale assoluto in ciascun punto; l'orientamento positivo dell'asse si indica con una freccia con la punta verso L.
• II derivazione di Einthoven: l'asse utilizzato è l'asse vertice F-vertice R, si ha V(II)= ΦF – ΦR, con freccia posta verso F.
• III derivazione di Einthoven: l'asse di derivazione è vertice F-vertice L, si ha V(III)= ΦF – ΦL, con freccia che punta verso F.

Analisi vettoriale dell'ECG

Per ricostruire le forme dei grafici ECG relativi alle Derivazioni di Einthoven, si considera il modello della fibra muscolare cilindrica investita da un'onda depolarizzante da un punto di vista vettoriale. Supponiamo che la metà della fibra sia eccitata, mentre la seconda sia a riposo: nella prima metà, nella fase di plateau, si misura un potenziale negativo all'esterno e positivo all'interno, mentre avviene il contrario per la porzione non eccitata. Si viene a creare quindi una coppia di cariche separate (dipolo elettrico) tra le due metà e, supponendo di concentrare tutte le cariche negative esterne sulla metà eccitata in un punto, così come tutte le cariche positive esterne della parte non eccitata in un altro, si hanno idealmente due cariche puntiformi esterne alla cellula, una negativa -Q (porzione eccitata) e una positiva +Q (porzione non eccitata), separate da una distanza L corrispondente alla lunghezza della fibra.

Il dipolo è rappresentabile vettorialmente con un vettore definito vettore H elementare, caratterizzato da:

• Modulo, calcolato come momento elettrico del vettore μ = QL, dove Q è la carica assoluta del dipolo.
• Direzione, corrispondente all'asse congiungente le due cariche ideali puntiformi;
• Verso, definito: -Q (regione eccitata) ---> +Q (regione a riposo);
• Punto di applicazione, a metà tra +Q e -Q.

Il muscolo cardiaco può essere esemplificato partendo da un caso in cui si considera un fascio di fibre longitudinali isolate l'una dall'altra e parallele tra loro, per ciascuna delle quali si viene a creare un vettore H ogni volta che la singola fibra viene eccitata.

L'analisi vettoriale permette di sommare i vettori H ottenuti in un singolo istante di tempo per ciascuna fibra tramite algebra vettoriale, di modo che l'eccitazione istantanea complessiva del fascio viene indicata dal vettore somma (Htot). Si può dunque applicare il modello a una massa muscolare non ideale e non omogenea come il muscolo cardiaco, in modo da ottenere in ogni istante un vettore somma istantaneo Htot che descriva il percorso compiuto dall'onda di depolarizzazione all'interno del tessuto cardiaco di lavoro in quell'istante.

• t0: la massa è a riposo; non esiste eccitazione e il vettore somma Htot è nullo.
• t1: una prima porzione della massa viene eccitata e ciascuna delle fibre in essa contenute e orientate disordinatamente produce un dipolo, dunque un vettore H elementare; la loro somma vettoriale produce un vettore somma istantaneo Htot.t1.
• t2: man mano che l'onda depolarizzante si espande nel tessuto miocardico, viene coinvolta una massa di cardiomiociti sempre maggiore; il vettore Htot.t2 risultante dalla somma dei vettori elementari di ciascuna fra ha cambiato modulo e direzione, ma non verso.
• t3: quasi tutta la massa è già stata eccitata; il vettore Htot.t3 ha dunque un modulo poco rilevante in quanto rappresenta l'ultima porzione di massa eccitata ed ha cambiato ulteriormente direzione.

Si nota come, istante per istante, il Vettore somma istantaneo Htot abbia cambiato direzione e modulo, dovuto a numerosi fattori, tra i quali:

• Rapporto numero di fibre eccitate/non eccitate
• Geometria delle fibre e posizione
• Velocità di propagazione nelle fibre, che può variare notevolmente, a causa delle differenze di diametro.

Estendendo la somma a intervalli dt infinitesimi, si può dunque ottenere con precisione la variazione, istante per istante, della propagazione dell'impulso contrattile lungo il tessuto cardiaco, traslando tutti gli infiniti vettori somma istantanei Htot in un unico punto arbitrario e unendo le loro punte con una linea ideale, definita ansa vettoriale: questa è una curva chiusa con origine e fine coincidenti nel punto di traslazione dei vettori, corrispondente al percorso che l'onda di depolarizzazione ha seguito nello spostarsi attraverso i vari cardiomiociti.

Va ricordato, tuttavia, che atri e ventricoli sono elettricamente isolati tra loro per la presenza dello scheletro fibroso e di conseguenza si registrano diverse anse:

• L'ansa P corrisponde all'eccitazione atriale;
• L'ansa QRS corrisponde alla eccitazione ventricolare, che definisce l'asse elettrico cardiaco;
• L'ansa T corrisponde alla ripolarizzazione ventricolare.

L’asse maggiore dell’ansa è l’asse elettrico principale, rappresentante la direzione prevalente dei vettori H. Conoscendo la forma dell'ansa vettoriale è possibile ricostruire il tracciato elettrocardiografico, istante per istante, come proiezione ortogonale di ogni vettore somma istantaneo Htot su un qualunque asse di derivazione: si può risalire al vettore somma Htot che descrive, in quel determinato istante, l'andamento dell'onda depolarizzante attraverso l'atrio o attraverso il ventricolo in termini di modulo, direzione e verso.

Si considerano quattro istanti di tempo (t1/t4) e si proietta ortogonalmente ciascun vettore somma istantaneo Htot su uno dei tre assi di derivazione del triangolo; tracciati ottenuti per derivazioni diverse saranno quindi diversi nella forma, pur descrivendo lo stesso fenomeno, poiché li analizziamo da "punti di vista diversi", ovvero gli assi di derivazione del triangolo.

Si utilizza come esempio la ricostruzione del complesso QRS per le Derivazioni I e III di Einthoven. Il vettore istantaneo Htot.t1 genera una proiezione ortogonale:

• Concordante in verso con l'asse L-R della I derivazione, generando una deflessione positiva sul tracciato dell'ECG Tempo(X)-Potenziale(Y);
• Discorde in verso rispetto l'asse F-L della III derivazione, generando una deflessione negativa.

Il vettore istantaneo Htot.t2 genera una proiezione ortogonale:

• Concorde in verso con l'asse L-R della I derivazione e in modulo maggiore rispetto a Htot.t1 (una massa maggiore è stata depolarizzata), generando una ulteriore deflessione positiva sul tracciato;
• Ortogonale all'asse F-L della III derivazione, per cui il vettore è nullo e giace sulla linea isoelettrica.

Il vettore istantaneo Htot.t3 genera una derivazione:

• Ortogonale all'asse L-R della I derivazione, per cui il modulo è nullo e il tracciato ritorna sulla linea isoelettrica;
• Concorde all'asse F.L della III derivazione, con modulo molto elevato, per cui si riscontra una deflessione positiva.

Il vettore istantaneo Htot.t4 ha una proiezione:

• Discorde in verso con l'asse L-R della I derivazione, per cui si ha una deflessione negativa sul tracciato;
• Concorde in verso con l'asse F-L della III derivazione.