Elettrocardiogramma, Fisiologia umana

TEORIA DEL DIPOLO

Quando l’attività elettrica di un miocardiocita genera un campo elettrico nel “volume

conduttore” che la contiene? Per il teorema di Gauss solo quando la sua

polarizzazione non è uniforme lungo tutta l’estensione della membrana cellulare:

questa condizione si verifica in fase 0 e 3. Cioè quando una cellula ha a un polo un

ddp diversa da quella dell’altro polo (polarizzazione non uniforme): allora si genera

un campo elettrico.

Il campo elettrico di una striscia di tessuto miocardico attivata dal pda corrisponde a

quello di un dipolo con la carica positiva posta dalla parte di tessuto ancora a riposo

(o meno polarizzato) e la carica negativa dalla parte del tessuto già depolarizzato. La

regione dalla parte del tessuto a riposo ha potenziale maggiore rispetto all’altra. I

dipoli sono rappresentabili come vettori la cui punta è orientata verso la regione a

potenziale positivo.

I dipoli sono generati nella regione dove il PM delle cellule cardiache sta cambiando,

cioè sulla linea di confine fra il tessuto a riposo e quello attivato.

Nel cuore attivo molti dipoli sono generati simultaneamente originando un dipolo

risultante dato dalla somma vettoriale dei singoli dipoli. Ogni striscia di miocardio

perpendicolare a alla superficie di separazione tra tessuto attivo e tessuto a riposo

diventi un piccolo dipolo. Il campo elettrico corrisponde a quello associato con il

dipolo risultante.

La direzione del dipolo risultante dipende dalla posizione relativa delle regioni

- attivate e riposo.

La sua ampiezza dall’estensione del tessuto invaso dall’onda elettrica, dalla

- variazione di PM e dal suo gradiente spaziale (rapporto fra la differenza del

PM e la distanza fra le cellule attivate e quelle a riposo) 3

L’estensione del miocardio interessato dal pda (λ) si ottiene moltiplicando la

- durata del pda per la sua velocità di conduzione.

Es. il pda impiega 0.3 secondi ad attraversare la parete del ventricolo con una

velocità di 1m\s. λ = 0.3 x 1 = 0.3 m. Ne consegue che nello spessore del

miocardio si trova solo una piccola frazione della lunghezza d’onda: non si

trovano tutti i valori delle ddp ma solo alcune frazioni infatti la parete del

miocardio non è 0.3 m

Durante la depolarizzazione l’endocardio è depolarizzato completamente (+30 mV)

mentre l’epicardio è ancora a riposo (-85 mV) → gradiente di voltaggio: 30-(-85)

=115 mV

Durante la ripolarizzazione invece la variazione del potenziale è più lenta e la

differenza di PM fra endocardio (-55 mV) ed epicardio (- 85mV) è inferiore a quella

osservabile durante la depolarizzazione → -55- (85) = 30 mV

Pertanto l’onda di ripolarizzazione ventricolare ha ampiezza minore rispetto all’onda

di depolarizzazione.

L’ECG ci dà informazioni su come variano nel tempo l’ampiezza e la direzione del

dipolo cardiaco.

La ddp fra 2 punti della superficie corporea è proporzionale:

All’ampiezza del dipolo cardiaco

- Alla sua proiezione sull’asse di derivazione (la linea che unisce i 2 punti fra cui

- si registra la ddp.

Es. Va= -1,5 mV Vb=+1,5 mV Vb-Va=3 mV

Se si ruota il dipolo, cambia il valore della ddp: Vb-Va= 2 mV

Quando la linea di derivazione è perpendicolare al dipolo, la ddp è 0.

Bastano 2 derivazioni per risolvere il dipolo sul piano; ne bastano 3 per risolverlo

nello spazio.

Quindi il dipolo cardiaco in un piano può essere ricostruito mediante 2 diversi ECG

registrati lungo 2 assi di derivazione.

In uno stesso istante, la derivazione elettrocardiografica lungo un asse ci dà un valore

in mV proporzionale alla proiezione del dipolo sull’asse medesimo. Basta disegnare

su ognuno dei due assi un segmento proporzionale al valore in mV per ricostruire,

mediante una semplice proiezione geometrica, la direzione del dipolo che ha generato

le due proiezioni.

Le derivazioni elettrocardiografiche si dividono in bipolari e unipolari.

Nelle derivazioni bipolari, i due elettrodi sono posti su punti in cui il potenziale (V)

varia durante il ciclo cardiaco.

Le derivazioni di Heinthoven sono bipolari: gli elettrodi sono posti sul polso destro,

sul sinistro e sulla caviglia sinistra. Per la loro bassa resistenza, gli arti si possono

considerare come elettrodi inseriti nel tronco e, pertanto, gli elettrodi applicati

registrano il potenziale dell’ascella destra, della sinistra e della regione pubica.

L’elettrodo sulla caviglia sinistra può pertanto essere spostato a destra senza

osservare modificazioni degne di nota nei tracciati EKG. Normalmente la caviglia

destra viene usata per la messa a terra. Gli assi delle 3 derivazioni sono fissi anche se

i polsi possono variare la loro posizione.

Si definisce polo positivo della derivazione l’elettrodo che, sottoposto ad un

potenziale maggiore rispetto all’altro elettrodo dà origine ad una differenza positiva

(ovvero il tracciato si sposta verso l’alto.

I derivazione: polso sinistro – polso destro (L-R)

II derivazione: gamba sn – polso dx (F –R)

III derivazione: gamba sn – polso sn (F-L)

Nelle derivazioni unipolari uno dei 2 elettrodi deve essere localizzato in una zona a

potenziale costante: nessuno punto della superficie corporea è a potenziale costante

durante il ciclo cardiaco.

Si può però considerare il cuore come un generatore di forza elettromotrice posta al

centro di un triangolo equilatero i cui vertici corrispondono alle due ascelle e alla

regione pubica (triangolo di Einthoven). Sotto tali condizioni si può assumere (con

lieve imprecisione) che:

VL + VR+ VF = 0

Di conseguenza, se si cortocircuitano attraverso delle resistenze gli elettrodi L, R e F,

si ottiene un terminale a potenziale costante, detto elettrodo centrale terminale di

Wilson, che si può considerare come posto nel cuore al centro del dipolo, laddove il

potenziale è zero. Nelle derivazioni precordiali si registra la DDP fra 6 diversi punti

della superficie toracica e il centrale terminale. Nelle derivazioni unipolari di Wilson

si registra la differenza di potenziale fra ognuno degli elettrodi L, R, F e il centrale

terminale. Le derivazioni sono indicate come VL VR e VF. L’asse di ognuna di queste

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derivazioni si ottiene unendo il punto corrispondente del triangolo di Einthoven (L,

R, F) al centro del cuore.

Le derivazioni “unipolari” aumentate di Goldberger sostituiscono, nella pratica

clinica, quelle di Wilson. In queste registrazioni si registra fra uno degli elettrodi (L,

R, F) e il cortocircuito dei rimanenti due. Le derivazioni sono indicate come aVL,

aVR e aVF. Anche se sono chiamate unipolari, queste derivazioni non lo sono in

senso stretto, in quanto il potenziale ottenuto dal cortocircuito di due elettrodi varia

durante il ciclo cardiaco. Tali variazioni sono però uguali e di segno opposto a quelle

registrate nell’elettrodo rimanente. Pertanto le derivazioni di Goldberger

corrispondono a quelle di Wilson, aumentate di un fattore costante (in modo che

vengono rese unipolari virtualmente).

L’elettrodo di riferimento è costituito da un terminale centrale che è connesso con due

dei tre arti considerati nel triangolo di Einthoven, mentre l’elettrodo esplorante è

posto sul terzo arto. Si individuano così tre derivazioni:

- aVR con elettrodo esplorante posto sul braccio destro

- aVL con elettrodo esplorante posto sul braccio sinistro

- aVF con elettrodo esplorante posto sulla gamba sinistra.

aVL = VL -(VR+VF); VL + VR +VF =0

VL = - (VR+VF); aVL = VL +VL

Le derivazioni bipolari e le unipolari aumentate danno vita a un sistema di

riferimento esa- assiale.

Le derivazioni precordiali ci permettono di calcolare le componenti antero- posteriori

del dipolo cardiaco: vengono posizinati 6 elettrodi sul torace, prendendo precisi

rifrimenti anatomici in modo da creare una fascia virtuale che circondi la base del

cuore (o meglio la regione del setto atrio ventricolare). Si ottengono così 6

registrazioni diverse (ognuna rispetto allo stesso elettrodo di riferimento, cioè la

media di R, L, F). ciascuna derivazione dà segnali positivi quando l’onda di

depolarizzazione si avvicina e quando un’onda di ripolarizzazione si allontana.

Un tipico tracciato elettrocardiografico è costituito da 3 gruppi di tracce: le coppie

RL, LF e RF, i singoli elettrodi L, R, F e le 6 derivazioni toraciche.

Vettocardiogramma: è possibile determinare il vettore istantaneo lungo piani

specifici, collegando coppie di derivazioni EKG appropriate (i cui assi sono

ortogonali) ad un oscilloscopio a raggi catodici. Un derivazione sposta il puntino

luminoso dello strumento lateralmente, mentre l’altra lo sposta verticalmente: in

questo modo, la posizione del puntino luminoso rispetto al centro corrisponde al

dipolo cardiaco lungo il piano specifico. Graficamente si ottiene una curva che unisce

le estremità distali di tutti i vettori istantanei di un ciclo cardiaco. Importante

specialmente nei bambini con cardiopatie congenite o acquisite è inoltre utile per la

classificazione dei vari difetti di conduzione intraventricolare nonché nella diagnosi

di infarto miocardio e di alcune forme di dilatazione ventricolare destra.

L’ECG e l’attivazione del cuore.

Il pda parte dal NSA e si diffonde lungo la cupola atriale: il dipolo punta verso

sinistra e verso il basso e genera l’onda P che risulta positiva in I, II, III derivazione.

Quando tutto l’atrio è depolarizzato l’onda P si annulla: tutto il miocardio atriale è

depolarizzato e il voltaggio è tornato a 0 perché tutte le cellule dell’atrio sono in fase

di plateau (potenziale costante).

Poi il pda passa attraverso il NAV però le cellule attivate sono poche e il dipolo

generato è troppo debole per generare ddp alla superficie del corpo (ECG è piatto,

non c’è ddp per qualche ms).

Poi comincia la depolarizzazione del setto interventricolare, attivato da sinistra a

destra, dall’altro verso il basso: dà origine a un onda Q negativa in I e II derivazione.

In 10 ms il setto si depolarizza completamente e il vettore cardiaco ruota verso

sinistra e in basso, dando vita ad un’onda R positiva in ascesa in I, II e III

derivazione.

Il PDA diffonde velocemente lungo l’endocardio grazie alle fibre del Purkinje e, più

lentamente si sposta verso l’epicardio. Il vettore cardiaco aumenta di ampiezza e

ruota verso sinistra. Si osservi come ora solo il ventricolo sinistro contribuisca al

dipolo cardiaco, in quanto il destro si è già completamente depolarizzato.

Dopo 35 ms la punta del cuore è depolarizzata e il PDA risale verso la base: il

vettore, in diminuzione ruota verso sinistra e l&rsq