Читать книгу Interpretacja EKG. Kurs zaawansowany - Группа авторов - Страница 4

W historii medycyny nie brak odkryć przełomowych, które w sposób istotny i nieodwracalny zmieniły nasze postrzeganie chorób, ich diagnozowanie i leczenie. Do takich wydarzeń należy zaliczyć szereg wynalazków, które pojawiły się w okresie intensywnego postępu technicznego na przełomie XIX i XX w. Bez wątpienia do najważniejszych należy wprowadzenie do medycyny diagnostyki przy użyciu promieniowania rentgenowskiego w 1895 r. i elektrokardiografii w 1902 r.

Aktualnie badanie elektrokardiograficzne stanowi podstawowe narzędzie w diagnostyce chorób układu krążenia. Aparaty EKG spotkamy w zasadzie na każdym oddziale szpitalnym, a co roku niezmiennie publikuje się tysiące prac prezentujących różne zastosowania tej metody.

Początków elektrofizjologii i późniejszej elektrokardiografii należy poszukiwać w doświadczeniach Luigiego Galvaniego, który w 1786 r. w Bolonii zaobserwował niewielką czynność elektryczną rejestrowaną w izolowanych mięśniach szkieletowych. Pięćdziesiąt sześć lat później, w roku 1882, Carlo Matteucci, fizyk pracujący na uniwersytecie w Pizie, wykrył, że u żaby każdemu skurczowi mięśnia sercowego towarzyszy impuls elektryczny. Przełomowym badaniem okazały się eksperymenty brytyjskiego fizjologa Augustusa D. Wallera, który zademonstrował aktywność elektryczną serca u człowieka. Waller zastosował elektrody umieszczone na klatce piersiowej z przodu i z tyłu mężczyzny oraz elektrometr kapilarny skonstruowany w 1873 r. przez Gabriela Lippmanna – laureata Nagrody Nobla z fizyki w 1908 r. To jeszcze niezbyt doskonałe urządzenie mierzyło niewielkie ruchy menisku rtęci umieszczonej w rurce wypełnionej siarczanem rtęci przy użyciu systemu optycznego. Każdemu wychyleniu rtęci towarzyszył skurcz serca. Waller obserwował dwa wychylenia, które opisał jako V1 i V2 – znamy je obecnie jako zespół QRS oraz załamek T. W 1891 r. William Bayliss i Edward Starling z University College w Londynie udoskonalili elektrometr kapilarny na tyle, że zaobserwowali trzy dominujące czynności elektryczne towarzyszące każdemu cyklowi pracy serca. Połączyli oni elektrody od prawej ręki i od skóry nad uderzeniem koniuszkowym, rejestrując sygnały, które potem będą odpowiadały głównym wychyleniom elektrokardiogramu.

Powszechnie za ojca elektrokardiografii uznaje się holenderskiego fizjologa i histologa Willema Einthovena (ryc. 1.1). Urodził się on w 1860 r. w Semarang w Holenderskich Indiach Wschodnich (Jawa – obecnie Indonezja). Jego przodkowie o żydowskich korzeniach przybyli do Holandii z Hiszpanii. Dziadek i ojciec również byli lekarzami. Mimo kłopotów finansowych Einthoven ukończył Uniwersytet w Utrechcie. Aby uzyskać stypendium na dalsze kształcenie, został lekarzem wojskowym. W kwietniu 1886 r. otrzymał stanowisko profesora fizjologii na Uniwersytecie w Lejdzie. Początkowo zajmował się kontrolą oddychania przez nerw błędny. W 1889 r. na kongresie fizjologicznym w Bazylei obserwował prezentację elektrometru kapilarnego połączonego z rejestracją elektrokardiogramu wykonywaną przez A.D. Wallera. Zapoczątkowało to jego długoletnią fascynację czynnością elektryczną serca. Już w 1890 r. G.J. Burch z Oksfordu wymyślił arytmetyczną poprawkę dla obserwowanych fluktuacji elektrometru, co pozwoliło zobaczyć prawdziwy kształt fali, ale wymagało niestety męczących obliczeń. Einthoven ulepszył elektrometr i dokonał dalszych poprawek matematycznych, co dało w efekcie zapis EKG podobny do dzisiejszego (ryc. 1.2). Poszczególne wychylenia, zgodnie z ówczesnymi zasadami matematycznymi, opisał kolejnymi literami alfabetu łacińskiego – PQRST.

Metoda wciąż była jednak niedoskonała i wymagała dużych oraz pracochłonnych obliczeń. Wobec tego Einthoven rozpoczął badania nad nowym urządzeniem – galwanometrem strunowym (ryc. 1.3), którego zasady działania opublikował w 1902 r. Bardzo szybko instrument ten stał się szeroko stosowanym narzędziem badawczym i diagnostycznym o dużej dokładności. Pierwszy galwanometr strunowy do celów klinicznych zakupił sir Edward Schafer z Uniwersytetu w Edynburgu w 1908 r. Urządzenie, zwane od początku elektrokardiografem, było potężnych rozmiarów. Zajmowało dwa pomieszczenia i ważyło ponad tonę.

Waller używał do swoich późniejszych rejestracji pięciu elektrod umieszczanych na każdej kończynie i w ustach pacjenta. Einthoven zrezygnował z elektrod na kończynie dolnej prawej i w ustach, redukując układ do trzech elektrod. Stało się to punktem wyjścia do zbudowania koncepcji trójkąta Einthovena, która jest podstawą elektrokardiografii po dzień dzisiejszy.

Einthoven przyjął następujące założenia, które uprościły model matematyczny:

» funkcję elektryczną serca można wyrazić w postaci dipola elektrycznego;

» dipol elektryczny serca znajduje się w geometrycznym środku tkanek o jednorodnych warunkach przewodzenia prądu;

» trzy punkty odpowiadające połączeniu obu kończyn górnych i lewej dolnej z tułowiem leżą w równych odległościach od serca i w równych odległościach od siebie.

Z tych trzech założeń powstała wspomniana koncepcja rzutowania wektora serca na osie opisanych odprowadzeń w trójkącie równobocznym. Amplituda kolejnych wychyleń wybranych załamków z odprowadzeń kończynowych rzutowana na boki trójkąta pozwala na uzyskanie obrazu wędrującego wektora serca w płaszczyźnie czołowej.

Rycina 1.1.

Willem Einthoven (1860–1927).

Rycina 1.2

Rejestracja trzykanałowego EKG Einthovena.

Rycina 1.3

Elektrokardiograf strunowy Einthovena.

Za swoje odkrycia w dziedzinie elektrokardiografii Willem Einthoven otrzymał w 1924 r. Nagrodę Nobla z zakresu fizjologii i medycyny. Połową przyznanej kwoty noblista postanowił podzielić się ze swoim wieloletnim asystentem, którym był Van de Woerd. Niestety naukowiec zmarł, więc Einthoven przekazał pieniądze dwóm siostrom badacza. Einthoven do końca życia zajmował się prowadzeniem wykładów i szkoleń. Cierpiał na nadciśnienie tętnicze, zmarł 29 września 1927 r. na raka. Prawdopodobnie nigdy nie wykonał u siebie rejestracji EKG.

Metoda bardzo szybko przechodziła kolejne udoskonalenia i modyfikacje. Trzy odprowadzenia stały się podstawą analizy zapisu pod kątem różnego rodzaju zaburzeń rytmu i przewodzenia. Thomas Lewis po raz pierwszy dokładnie opisał niemiarowość zupełną spowodowaną migotaniem przedsionków, którą nazwał delirium cordis. Dodatkowo w celu lepszej rejestracji trzepotania przedsionków zastosował własne odprowadzenie zwane odprowadzeniem Lewisa (S5).

Ograniczenia trójodprowadzeniowego zapisu były szczególnie wyraźne w odniesieniu do analizy niedokrwienia mięśnia sercowego. W 1934 r. przez połączenie przewodów z prawego i lewego ramienia oraz lewej stopy z opornikiem 5000 omów Frank N. Wilson zdefiniował elektrodę obojętną nazwaną później centralną końcówką Wilsona lub inaczej „elektrodą obojętną” (Wilson central terminal). Kombinacja połączonych odprowadzeń zakłada zniesienie różnicy potencjału i stanowi w układzie tzw. potencjał zerowy (odniesienia). Elektroda związana z dodatnim końcem stała się w tej konfiguracji odprowadzeniem jednobiegunowym i może być umiejscowiona w dowolnym miejscu na ciele człowieka. Wilson określił jednobiegunowe odprowadzenia jako VR, VL i VF, gdzie „V” było związane z napięciem (widocznym w miejscu jednobiegunowej elektrody). W 1938 r. American Heart Association wydała rekomendacje dotyczące zastosowania odprowadzeń jednobiegunowych przedsercowych V1–V6 przy użyciu centralnej końcówki Wilsona. Stanowiło to przełom w diagnostyce zawału i niedokrwienia mięśnia sercowego.

W 1942 r. Emanuel Goldberger zwiększył napięcie jednobiegunowych odprowadzeń Wilsona o 50% i utworzył zwiększone odprowadzenia kończynowe aVR, aVL i aVF. Goldberger odłączył od wspólnej jednostki obojętnej przewód z tej kończyny, z której potencjał jest rejestrowany, tworząc w ten sposób jednobiegunowe odprowadzenia kończynowe wzmocnione. Po dodaniu do klasycznych trzech odprowadzeń Einthovena trzech odprowadzeń kończynowych Goldbergera i sześciu odprowadzeń piersiowych, otrzymamy 12-odprowadzeniowy elektrokardiogram, który jest obecnie używany. Ostateczna wersja 12-odprowadzeniowego EKG została zatwierdzona i zarekomendowana przez American Heart Association w 1954 r.

Kolejne lata to intensywne badania nad zastosowaniem EKG w najróżniejszych sytuacjach klinicznych, nie tylko związanych z chorobami układu krążenia. Pojawiły się pierwsze definicje rozpoznań niedokrwienia, zawału mięśnia sercowego i bloków przedsionkowo-komorowych. Wprowadzono modyfikacje zastosowania EKG jako narzędzia w obciążeniowych próbach wysiłkowych i testach diagnostycznych. W 1963 r. Robert Bruce opisał wieloetapowy test wysiłkowy na bieżni, znany później jako protokół Bruce’a. W 1968 r. Henry Marriott wprowadził zmodyfikowane odprowadzenie piersiowe 1 (modified chest lead V1, MCL 1) do monitorowania pacjentów intensywnego nadzoru kardiologicznego, które jest stosowane do dnia dzisiejszego we wszystkich urządzeniach monitorowania szpitalnego.

W kolejnych latach wprowadzono nowe techniki rejestracji, a przede wszystkim analizy EKG przy udziale złożonych algorytmów matematycznych. Z wykorzystaniem ortogonalnych odprowadzeń E. Franka rozwinęła się wektokardiografia, a następnie wprowadzono nowe techniki uśredniania zapisu EKG, przede wszystkim przy użyciu odprowadzeń X, Y, Z Franka. Stało się to podstawą stworzenia technik oceny późnych potencjałów komorowych (late potentials, LP), czyli niskonapięciowych, niskoamplitudowych (mikrowoltowych) oscylacji o wysokiej częstotliwości, zlokalizowanych w końcowym fragmencie zespołu QRS, niewidocznych w standardowym zapisie elektrokardiogramu. Do ich wykrycia i analizy stosuje się złożone techniki wzmocnienia, filtracji i uśredniania zapisu EKG. Późne potencjały były uważane za wykładniki uszkodzenia mięśnia sercowego, powodującego powstanie w nim obszarów o zwolnionym przewodzeniu, co stwarza potencjalne warunki do powstania groźnych komorowych zaburzeń rytmu serca, które mogą doprowadzić do nagłej śmierci sercowej.

Lata 70. i 80. ubiegłego wieku to intensywny rozwój technik analizy zmienności rytmu zatokowego elektrokardiogramu. Zmienność rytmu zatokowego (heart rate variability, HRV) to powtarzające się cyklicznie występowanie różnic odstępów RR w badaniu EKG, które zależy od oddziaływania mechanizmów kontrolujących na aktywność węzła zatokowo-przedsionkowego i jest odzwierciedleniem stanu czynnościowego układu autonomicznego serca.

Oceny zmienności rytmu zatokowego dokonuje się zarówno w analizie czasowej, jak i spektralnej. Obniżona zmienność rytmu zatokowego jest wskaźnikiem niekorzystnego rokowania u pacjentów po zawale mięśnia sercowego, a także niezależnym czynnikiem ryzyka nagłego zgonu sercowego, choć wyniki ostatnich badań zmniejszyły potencjalną wartość kliniczną tej metody. Co jednak ciekawe, analiza HRV pozostaje wciąż jedną z najczęściej cytowanych metod badawczych w kardiologii. Nowe techniki analizy częstotliwościowej sygnału oraz analizy nieliniowe mogą przynieść ciekawe odkrycia w kolejnych latach.

Na początku XXI w. wprowadzono różne metody analizy załamka T, szczególnie jego naprzemienności (T wave alternans). Metody te, stosujące przekształcenia spektralne lub złożone analizy ciągłych zapisów holterowskich, uzyskały nawet wysoką pozycję w stratyfikacji ryzyka nagłego zgonu sercowego, jednak ostatnie badania mocno osłabiły ich wartość kliniczną.

W latach 60. ubiegłego wieku rozpoczęły się prace nad ambulatoryjną rejestracją EKG. Za jego twórcę uważa się Normana Holtera – od jego nazwiska przyjęto nazywać metodę monitorowaniem holterowskim. Rejestracja holterowska umożliwia rejestrowanie pracy serca w sposób ciągły, przez 24 godziny na dobę lub nawet dłużej w celu późniejszej, szczegółowej, analizy komputerowej. Bardzo szybko metoda ta stała się niezwykle popularna i ogromnie użyteczna w diagnostyce elektrokardiograficznej. W kolejnych latach urządzenia ulegały stopniowej miniaturyzacji i automatyzacji. Zwiększała się również liczba odprowadzeń możliwych do zapisu, aż do urządzeń 12-kanałowych. Obecnie rejestratory holterowskie są niewielkie i lekkie. Mogą dokonywać zapisu w formie cyfrowej nawet przez wiele tygodni.

Początkowo aparaty EKG były wyłącznie analogowe, ciężkie i znacznych rozmiarów. Już w latach 50. XX w. dokonano ich istotnych usprawnień i zmniejszano gabaryty. W XXI wieku wszystkie aparaty EKG zapisują sygnał w sposób cyfrowy, dokonują jego korekcji i gromadzą rejestracje w bazach danych. Nie jest już problemem rejestracja EKG przy użyciu smartfonu bądź zegarka elektronicznego. Urządzenie takie może generować raporty i wysyłać alerty do pacjenta i lekarza.

Już 22 marca 1905 r. Einthoven przeprowadził transmisję sygnału EKG, używając kabla telefonicznego. Obecnie zapisy EKG są podstawą telemedycyny. Szereg urządzeń potrafi rejestrować EKG, przysłać zapis i wynik na odległość celem interpretacji bądź kwalifikacji do różnych interwencji klinicznych. Standardem stało się monitorowanie chorych na odległość, szczególnie jeśli są obarczeni wysokim ryzykiem arytmii.

Ponadstuletnia historia elektrokardiografii to fascynujący przykład, jak jedna idea potrafi zmienić bieg nauki. To przykład determinacji wielu uczonych, którzy konsekwentnie próbowali wynaleźć coraz lepsze i bardziej użyteczne metody diagnostyczne. To też opowieść o wzajemnym przenikaniu się nauk medycznych i technicznych oraz efektywności przedsiębiorców i innowatorów w szybkim wprowadzaniu na rynek nowych rozwiązań i technologii. Wygląda na to, że jeszcze długo elektrokardiografia pozostanie na czołowej pozycji w armentarium współczesnej medycyny, służąc lekarzom i pacjentom.

W tabeli 1.1 zebrano najważniejsze wydarzenia z dziejów elektrokardiografii.

Tabela 1.1. Najważniejsze daty z historii elektrokardiografii

MCL 1 – modified chest lead V1; WPW (Wolff–Parkinson–White syndrome) – zespół Wolffa–Parkinsona–White’a.