Elettrocardiogramma

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Schema di un elettrocardiogramma
Animazione di una traccia ECG normale in prima derivazione

L'elettrocardiogramma (ECG) è la riproduzione grafica dell'attività elettrica del cuore durante il suo funzionamento, registrata dalla superficie del corpo.

Storia[modifica | modifica sorgente]

Nel XIX secolo divenne chiaro che il cuore generava elettricità. Il fisico italiano Carlo Matteucci nel 1842 dimostrò che ogni contrazione del cuore era dovuta ad una attività elettrica. Il primo sistematico approccio al cuore dal punto di vista elettrico fu fatto da Augustus Desiré Waller, al St Mary's Hospital a Paddington, Londra. Nel 1911 si poterono apprezzare le prime applicazioni cliniche derivate dal suo lavoro.

Il passo avanti venne fatto da Willem Einthoven con il suo galvanometro (costruito già nel 1903[1]), il quale era molto più preciso del galvanometro usato da Waller. Einthoven assegnò le lettere P, Q, R, S e T alle varie onde (poiché in quel periodo ai segmenti di linee curve veniva dato il nome partendo dalla lettera P) e descrisse i tracciati elettrocardiografici di molte malattie cardiovascolari. Per questa scoperta fu insignito del Premio Nobel per la Medicina nel 1924.

A quell'epoca, comunque, l'elettrocardiografo era ancora un voluminoso apparecchio di laboratorio, ancora ignoto ai clinici. Il primo trattato di elettrocardiografia italiano, che getta le basi dell'interpretazione clinica dell'ECG, valide ancora oggi, è stato pubblicato nel 1948 da Daniele Sibilia, cui si deve la sua introduzione in Italia[2].

Tracciato dell'elettrocardiogramma[modifica | modifica sorgente]

Il principio su cui si basa la misurazione dell'attività elettrica del cuore è prettamente fisiologico: l'insorgere degli impulsi nel miocardio porta alla generazione di differenze di potenziale, che variano nello spazio e nel tempo e che possono essere registrate tramite degli elettrodi. La registrazione della differenza di potenziale da parte di elettrodi posti sulla superficie corporea avviene grazie alla conducibilità dei liquidi interstiziali del corpo umano. Il tracciato elettrocardiografico rappresenta il metodo più facile, meno dispendioso e più pratico per osservare se l'attività elettrica del cuore è normale oppure se sono presenti patologie di natura meccanica o bioelettrica. Il normale tracciato ECG presenta un aspetto caratteristico che varia soltanto in presenza di problemi. Il tracciato è caratterizzato da diversi tratti denominati onde, positive e negative, che si ripetono ad ogni ciclo cardiaco[3].

Prima derivazione

Onda P: è la prima onda che si genera nel ciclo, e corrisponde alla depolarizzazione degli atri. È di piccole dimensioni, poiché la contrazione degli atri non è così potente. La sua durata varia tra i 60 e i 120 ms, l'ampiezza (o altezza) è uguale o inferiore ai 2,5  mm.

Complesso QRS: si tratta di un insieme di tre onde che si susseguono l'una all'altra, e corrisponde alla depolarizzazione dei ventricoli. L'onda Q è negativa e di piccole dimensioni, e corrisponde alla depolarizzazione del setto interventricolare; la R è un picco molto alto positivo, e corrisponde alla depolarizzazione dell'apice del ventricolo sinistro; la S è un'onda negativa anch'essa di piccole dimensioni, e corrisponde alla depolarizzazione delle regioni basale e posteriore del ventricolo sinistro. La durata dell'intero complesso è compresa tra i 60 e 90 ms. In questo intervallo avviene anche la ripolarizzazione atriale che però non risulta visibile perché mascherata dalla depolarizzazione ventricolare.

Onda T: rappresenta la ripolarizzazione dei ventricoli. Non sempre è identificabile, perché può anche essere di valore molto piccolo.

Onda U: è un'onda che non sempre è possibile apprezzare in un tracciato, dovuta alla ripolarizzazione dei muscoli papillari.

Tratto ST: rappresenta il periodo in cui le cellule ventricolari sono tutte depolarizzate e pertanto non sono rilevabili movimenti elettrici. Da ciò deriva che di norma è isoelettrico, cioè posto sulla linea di base del tracciato, da cui si può spostare verso l'alto o il basso di non più di 1  mm.

Intervallo QT: rappresenta la sistole elettrica, cioè il tempo in cui avviene la depolarizzazione e la ripolarizzazione ventricolare. La sua durata varia al variare della frequenza cardiaca, generalmente si mantiene tra i 350 e i 440ms.

Il tracciato ECG viene compilato su carta millimetrata, che scorre nell'elettrocardiografo ad una velocità di 25 mm al secondo, quindi cinque lati di quadrati da 5 mm rappresentano 1 secondo. È quindi facile immaginare come si possa immediatamente ricavare la frequenza cardiaca, valutando quanto tempo passa tra un ciclo e l'altro (si misura il tempo intercorso tra due picchi R). A solo titolo di esempio se abbiamo un complesso ogni 4 quadrati da 5 millimetri, significa che la nostra frequenza è attorno ai 75 battiti al minuto. Ovvero, visto che ogni quadrato da 5 mm corrisponde a 0,2 s e, quindi, 4 quadrati a 0,8 s,basterà dividere 60 s (1 minuto) per 0,8 s per ottenere la frequenza di 75 battiti al minuto, appunto. Oppure, più semplicemente, possiamo dividere 300 per il numero di quadrati da 5 mm fra due picchi R adiacenti. In caso di ritmo irregolare la distanza sarà la media fra 3 distanze R-R adiacenti[3].

Il Dipolo elettrico|dipolo cardiaco[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Vettori elettrici del cuore.

Possiamo considerare il cuore, dal punto di vista elettrico come un dipolo. Prendiamo una fibra miocardica, isoliamola, poniamo due elettrodi (A e B) all'inizio e alla fine della fibra; gli elettrodi vengono collegati ad un voltmetro per misurare la differenza di potenziale. Quando siamo in condizioni di riposo, il voltmetro non segnerà nulla: questo accade perché la fibra è isopotenziale all'esterno quindi gli elettrodi registrano il medesimo potenziale, così che a riposo si avranno cariche positive all'esterno e negative all'interno.

Eccitiamo ora la fibra; siamo nella condizione in cui un potenziale d'azione comincia a diffondersi. Laddove il potenziale d'azione si propaga, la differenza tra esterno ed interno si inverte: l'elettrodo che è posto sulla parte interessata dalla depolarizzazione leggerà un valore negativo. L'elettrodo legge il valore elettrico esterno, cioè quello che non sta nel citoplasma (negativo in condizione di riposo, positivo in condizione di eccitamento), ma quello sulla superficie cellulare (positivo in stato di riposo, negativo in condizione di eccitamento). In altre parole registra il fenomeno dell'inversione da positivo a negativo sulla superficie cellulare, questo perché lo stato della superficie cellulare è specularmente opposto a quello del citoplasma. Nel nostro caso infatti è l'elettrodo A che viene investito per primo dal potenziale d'azione: esso sarà quindi negativo, al contrario del elettrodo B che sarà ancora in una parte di fibra a riposo. Si parla in questo caso di dipolo in movimento. Ne desumiamo che: l'elettrodo che vede il fronte d'onda avvicinarsi, diventa positivo rispetto a quello che lo vede allontanarsi perché il primo elettrodo registra una positività dell'esterno della cellula corrispondente alla condizione per cui il potenziale d'azione non è ancora arrivato a quella estremità della cellula. Nel caso invece in cui si pongano due elettrodi A e A', perpendicolari al propagarsi dell'impulso, la misurazione del voltmetro sarà nulla, perché il fronte d'onda investe i due elettrodi contemporaneamente.

Possiamo usare un artificio matematico per semplificare e capire il problema: utilizziamo il vettore dipolo, che è un vettore che ha verso che va dall'elettrodo negativo al positivo, direzione parallela alla congiungente degli elettrodi e modulo proporzionale alla differenza di potenziale che si genera tra gli elettrodi. Gli elettrodi rilevano la proiezione del vettore dipolo sulla propria congiungente, di conseguenza due elettrodi paralleli al vettore misurano la differenza di potenziale massima, due elettrodi perpendicolari non misurano nulla. Chiamiamo la congiungente degli elettrodi derivazione.

È necessario introdurre più di una derivazione ed è necessario che esse abbiano posizioni diverse; infatti se consideriamo che la fibra può presentare flessioni, questo significa che il vettore dipolo ruoterà e se poco prima una derivazione bastava a studiarlo, subito dopo se ne rendono necessarie almeno due non parallele tra loro.

Il discorso fatto finora è una semplificazione, poiché abbiamo considerato una sola fibra cardiaca; nella realtà la massa cardiaca si comporta sincizialmente anche a livello elettrico e ogni fibra produce un proprio vettore dipolo. La registrazione, quindi, non avviene per singola fibra, ma considerando il miocardio tutto insieme; per questo motivo il vettore dipolo del cuore è la risultante dei vettori delle singole fibre. La registrazione di questo vettore risultante e la sua evoluzione nel tempo si chiama vettorcardiogramma.

Le derivazioni elettrocardiografiche[modifica | modifica sorgente]

Le 12 derivazioni standard

Come già detto, per registrare un elettrocardiogramma è necessario disporre di elettrodi posti sulla superficie corporea, formando delle derivazioni sistemate in maniera tale da poter analizzare bene le variazioni del vettore dipolo del cuore.

Derivazioni bipolari[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Triangolo di Einthoven.

Si usano due coppie di elettrodi posizionati rispettivamente la prima coppia sul polso dx e polso sx, la seconda su caviglia dx e caviglia sx. Gli arti sono da considerarsi come un prolungamento del filo dell'elettrocardiografo ed infatti le differenze di potenziale che si registrano alle loro estremità distali (es. polsi) sono pari a quelle che si registrano alle radici degli arti stessi (es. spalle). Per tale motivo, il punto di applicazione virtuale degli elettrodi è, per la prima derivazione elettrocardiografica, spalla dx e spalla sx, per la seconda, spalla dx e regione pubica mentre per la terza, spalla sx e regione pubica. Chiamiamo ora linea di derivazione la congiungente il punto di applicazione virtuale degli elettrodi. Abbiamo formato, con gli elettrodi un triangolo equilatero: il triangolo di Einthoven, che ha al suo centro il cuore[4].

Per queste derivazioni è necessario porre delle convenzioni tali per cui:

  • in I derivazione il tracciato va verso l'alto quando la spalla sinistra è positiva rispetto alla destra
  • in II derivazione il tracciato va verso l'alto quando la gamba sinistra è positiva rispetto alla spalla destra
  • in III derivazione il tracciato va verso l'alto quando la gamba sinistra è positiva rispetto alla spalla sinistra

Considerando che si hanno a questo punto 3 derivazioni e che il piano frontale su cui noi dobbiamo analizzare il vettore dipolo è di 360°, deduciamo che si ha una divisione del piano in tre parti da 120° ciascuna. Questo tuttavia non è sufficiente per registrare in maniera adeguata gli eventuali cambiamenti del vettore; è necessario, di conseguenza, avere altre derivazioni.

Derivazioni unipolari aumentate di Goldberger[modifica | modifica sorgente]

L'idea è quella di aggiungere altre tre derivazioni, che esplorino il piano frontale lungo le bisettrici degli angoli del triangolo di Einthoven: collegando gli estremi di ciascuna derivazione con due resistenze uguali e utilizzando la giunzione tra di esse come riferimento, rispetto all'elettrodo posto sul vertice opposto del triangolo, ottengo la registrazione lungo altre tre direttrici, corrispondenti appunto alle bisettrici del triangolo stesso. In questo modo, considerando la giunzione delle due resistenze come l'elettrodo di riferimento e come gli elettrodi su spalla sinistra e destra e gamba sinistra come elettrodi esploranti, si ottengono le tre derivazioni unipolari degli arti. Esse sono chiamate Vfoot (Vf) fra punto centrale delle spalle e la gamba sinistra, Vright (Vr) tra punto centrale spalla sinistra-gamba e spalla destra e Vleft (Vl) tra punto centrale spalla destra-gamba e spalla sinistra. Anche in questo caso è necessario dare delle convenzioni:

  • innanzi tutto i valori ottenuti vengono amplificati, in modo da poter essere raffrontati con quelli delle derivazioni bipolari, in questo modo i valori si indicano con aVr, aVl e aVf.
  • per convenzione il pennino va verso l'alto quando l'elettrodo esplorante diviene positivo rispetto a quello di riferimento, ovvero quando l'onda di depolarizzazione va verso l'elettrodo esplorante.
  • poiché nella derivazione aVr, il tracciato diviene negativo, per facilitare la lettura si moltiplica questo segnale per -1 (questa è una operazione che la macchina elettrocardiografica attua automaticamente).

Riassumendo siamo arrivati ad esplorare l'attività cardiaca con 6 derivazioni che ci permettono di dividere il piano frontale in zone da 60° l'una, dandoci un dettaglio abbastanza accurato[4].

Derivazioni unipolari precordiali di Wilson[modifica | modifica sorgente]

Esempio delle derivazioni di Wilson

Per concludere e per avere una maggior definizione dell'attività cardiaca è necessario avere degli elettrodi che siano abbastanza vicini al cuore, al contrario di quelli delle derivazioni uni e bipolari che si trovano lontane. In particolare questi nuovi elettrodi serviranno per identificare e localizzare, in maniera molto precisa, delle lesioni che potrebbero sfuggire con l'uso delle altre derivazioni, e per analizzare il vettore della depolarizzazione cardiaca sul piano trasversale, diverso da quello frontale precedentemente analizzato. Si usa allora un elettrodo di riferimento, detto di Wilson, ottenuto come media dei potenziali di Einthoven, e sei elettrodi esploranti posti rispettivamente:

  • V1: nel 4° spazio intercostale sulla linea parasternale destra
  • V2: nel 4° spazio intercostale sulla linea parasternale sinistra
  • V3: tra V2 e V4
  • V4: nel 5° spazio intercostale sulla linea emiclaveare sinistra, corrispondente alla punta cardiaca
  • V5: nel 5° spazio intercostale sulla linea ascellare anteriore sinistra
  • V6: nel 5° spazio intercostale sulla linea ascellare media sinistra

In tutto eccoci arrivati ad avere 12 derivazioni che permettono una completa e particolare analisi dell'attività elettrica del cuore sia localmente che generalmente[4].

Derivazioni ortogonali o di Frank[modifica | modifica sorgente]

Ci si è posto il problema di passare dalle differenze di potenziali misurate dagli elettrodi alla proiezione del dipolo elettrico equivalente sui tre assi principali. Si pongono 5 elettrodi sul torace, uno sulla caviglia sinistra e un altro per determinare un potenziale di riferimento. Grazie a una rete di correzione che tiene conto del mezzo di conduzione si possono ottenere le proiezioni del dipolo cardiaco sui tre assi ortogonali diretti come le tre direzioni principali: testa-piedi, torace-schiena, spalla dx-sx. Uno dei vantaggi dell'utilizzo delle derivazioni ortogonali consiste nel registrare tre diverse misurazioni, linearmente indipendenti, da cui è possibile ottenere proiezioni in ogni possibile direzione. Ad esempio si possono ricavare le 12 derivazioni standard[4].

Analisi del vettore dipolo del cuore sul piano frontale[modifica | modifica sorgente]

Per ogni istante della propagazione dell'impulso attraverso il cuore, il vettore dipolo varia direzione, verso e modulo. Aiutandoci con una figura analizziamo le varie fasi della propagazione dell'impulso in relazione al vettore dipolo.

  1. Lo stimolo parte dal nodo seno-atriale, qui il vettore è il vettore della depolarizzazione atriale; poiché l'impulso viaggia verso il nodo atrio-ventricolare è chiaro che la direzione del vettore è la congiungente dei due nodi e il verso va dal nodo seno-atriale a quello atrio-ventricolare. Il vettore sarà quindi inclinato leggermente verso sinistra e diretto verso il basso. Proiettando il vettore sulla I derivazione otteniamo un'onda positiva, l'onda P.
  2. Arrivato al nodo atrio-ventricolare, l'impulso arriva al setto attraverso il fascio di His. La diffusione dell'impulso avviene, in questa parte del cuore, secondo la direzione endocardio-linea mediana. Nel setto si hanno due depolarizzazioni, una riguarda la parte sinistra, l'altra la parte destra; poiché per l'attività elettrica della parte sinistra è maggiore, le depolarizzazioni non si elidono, ma prevale quella sinistra. Il vettore ha direzione della linea endocardio-linea mediana e verso che va da sinistra verso destra. Proiettando il vettore così ottenuto sulla I derivazione otteniamo un'onda di segno negativo, l'onda Q.
  3. Lo stimolo è arrivato all'apice del cuore, qui il vettore dovuto alla parte sinistra ha lo stesso verso di quello di destra, conseguentemente si ha la massima estensione del vettore lungo la linea parallela al setto. In questo caso avremo quindi un vettore inclinato verso sinistra e diretto verso il basso con un modulo molto elevato, questo produce in I derivazione un'onda positiva molto ampia, l'onda R.
  4. Lo stimolo ha raggiunto le pareti dei ventricoli, anche qui è la parte sinistra che prevale su quella destra, il verso tende quindi a sinistra, mentre il modulo è leggermente diminuito perché, appunto, la parte destra esercita una diminuzione del vettore. In questo caso, in I derivazione, avremo una maggiore escursione dell'onda R. Per apprezzare invece singolarmente questa fase, possiamo vedere che in III derivazione abbiamo una piccola onda negativa, l'onda S.
  5. Per ultimo ecco arrivare il vettore della ripolarizzazione dei ventricoli che ha un andamento simile a quello della depolarizzazione. Risulterà quindi in I derivazione una piccola onda positiva, l'onda T.

Asse cardiaco[modifica | modifica sorgente]

Partendo dalle registrazioni dell’andamento dell’onda di depolarizzazione delle sei derivazioni degli arti si può ottenere il vettore complessivo dell’andamento di tale onda sul piano frontale. Questo si ottiene facendo la somma dei vettori ottenuti nella registrazione di ogni onda da parte delle sei derivazioni. Perciò si otterrà prima il vettore che esprime la risultante (somma) dei valori ottenuti dalle sei derivazioni durante l'onda Q, poi il vettore registrato durante l'onda R e poi S. Si prendono in considerazione le onde del complesso QRS in quanto registrano gli eventi elettrici causati dai ventricoli che rappresentano la maggior parte della massa muscolare cardiaca e che perciò sono indicativi dell'asse complessivo. In tal modo si otterrà l’asse cardiaco, un parametro delle caratteristiche fisiologiche del cuore, che solitamente corrisponde all'asse anatomico del cuore[3].

Anomalie cardiache ed ECG[modifica | modifica sorgente]

Risulta evidente, per tutto quello detto finora, l'utilità dell'ECG nel monitoraggio o nella diagnosi medica; sia per quanto riguarda situazioni normali, sia per quanto riguarda situazioni patologiche derivanti da cause fisiche e fisiologiche. L'elettrocardiogramma in situazioni normali presenta un'onda P iniziale, un caratteristico complesso QRS e un'onda T finale. Abbiamo visto che il ritmo fisiologico normale del cuore sano è di 70-80 battiti per minuto. Tutti questi parametri vengono alterati, più o meno fortemente, quando esiste qualche problema di natura cardiaca. È importante, per colui che interpreta il tracciato, sapere quali variazioni possono esistere, come fare per ricercarle e conoscerne il significato[3]. L'ECG ci dà, infatti, informazioni circa:

  • frequenza cardiaca;
  • ritmicità dell'azione cardiaca, ovvero la presenza di aritmie indicanti eventuali "blocchi";
  • presenza di eventuali battiti ventricolari prematuri;
  • presenza di eventuali slivellamenti dei tratti isoelettrici (ad es. un sopra- o sottoslivellamento del tratto ST è indice di ischemia miocardica) e alterazioni delle varie onde elettriche che possono indicare alterazioni morfologiche delle camere cardiache.

Ritmi sinusali anormali[modifica | modifica sorgente]

Si definisce "sinusale" un ritmo che presenta onde P in successione regolare, in rapporto costante con il complesso QRS che segue (tratto PR compreso tra 0.12 e 0.20s). Qualunque ritmo differente da quello sinusale rientra a far parte delle "aritmie".

Tachicardia sinusale[modifica | modifica sorgente]

Si parla di tachicardia sinusale quando notiamo una frequenza del battito cardiaco che supera i 100 battiti al minuto. In questo caso l'ECG risulta perfettamente normale, ad eccezione della frequenza del battito. La frequenza del battito è rilevabile dalla distanza temporale di due complessi QRS. Le cause che portano alla tachicardia possono essere fisiologiche (una risposta allo sforzo, alla temperatura corporea, alla stimolazione delle fibre ortosimpatiche) o patologiche (una spia di un'insufficienza cardiaca)[5].

Bradicardia sinusale[modifica | modifica sorgente]

Il termine bradicardia sinusale indica una ridotta frequenza del battito cardiaco, di norma si indica con questo termine un ritmo al di sotto dei 60 battiti al minuto. Come nel caso della tachicardia sinusale il tracciato dell'ECG risulta normale, ma con una ridotta frequenza temporale del complesso QRS. La bradicardia sinusale può essere una condizione normale, soprattutto per quanto riguarda il cuore degli atleti che possono avere frequenze molto basse dovute appunto ad un costante allenamento[5].

Aritmia sinusale[modifica | modifica sorgente]

Se tutti i complessi QRS di per sé sono normali, ma il ritmo in condizioni di riposo non è regolare (le distanze tra ogni complesso QRS e il successivo variano lungo il tracciato), viene diagnosticata una aritmia sinusale. Si pensa che questa condizione possa essere causata da un conflitto di diversi tipi di riflessi circolatori atti ad alternare l'intervento del sistema ortosimpatico e parasimpatico sul nodo seno-atriale, nella maggior parte dei casi questa aritmia è sincrona con gli atti respiratori: parliamo di aritmia respiratoria. Si è verificato che questa condizione può risultare non patologica nei giovani e nei bambini, nei quali può addirittura diventare la regola, piuttosto che l'eccezione. Nelle persone anziane invece, l'aritmia sinusale può essere il segno di una malattia degenerativa del nodo seno-atriale[5].

Ritmi anormali dovuti a blocco della conduzione elettrica[modifica | modifica sorgente]

Blocco seno-atriale[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi blocco senoatriale.

In alcuni casi può capitare che l'impulso che si origina nel nodo seno-atriale non possa diffondersi completamente nel resto del miocardio. Questa condizione, nonostante possa sembrare molto pericolosa, è compatibile con la vita a causa di un sistema di sicurezza del cuore. Infatti in mancanza di conduzione (o di generazione) degli impulsi da parte del nodo seno-atriale, è il nodo atrio-ventricolare che prende il controllo del ritmo cardiaco. Nel tracciato elettrocardiografico questo è facilmente riconoscibile a causa di una diminuzione della frequenza cardiaca e della scomparsa dell'onda P, dovuto all'annullamento delle funzioni atriali. Il complesso QRS-T non viene influenzato, poiché il ventricolo viene guidato dal nodo atrio-ventricolare[5].

Blocco atrioventricolare[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi blocco atrioventricolare.

In condizioni di frequenza normale. il tempo che intercorre tra l'onda P e l'inizio del complesso QRS è di circa 0,16 secondi. Se in condizioni normali, questo intervallo supera gli 0,2 secondi, allora si parla di blocco incompleto di primo grado. Si tratta di un problema che riguarda il trasferimento degli impulsi dagli atri ai ventricoli.

Se l'intervallo P-R raggiunge una durata di 0,25 - 0,45 secondi i potenziali d'azione che investono il nodo atrio-ventricolare non sempre riescono ad oltrepassarlo, in questa condizione accade che i ventricoli "saltino" qualche battito rispetto agli atri. È il caso del blocco incompleto di secondo grado.

La condizione più grave si verifica quando la conduzione degli impulsi nel nodo A-V è completamente impedita e si verifica un blocco completo tra atri e ventricoli. Nel tracciato elettrocardiografico questa condizione si evidenzia dal fatto che le onde P risultano completamente dissociate dai complessi QRS-T. Gli atri e i ventricoli hanno un ritmo indipendente[5].

Extrasistole ventricolare[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi extrasistole.

In una extrasistole ventricolare manca l'onda P, in quanto lo stimolo non è risalito fino agli atri. L'onda R è allargata e uncinata (lo stimolo impiega un tempo maggiore per diffondersi e si ha l'eccitamento prima di un ventricolo e successivamente dell'altro). Segue un intervallo più lungo del normale: la pausa compensatoria[5].

Alterazioni secondarie a patologie cardiocircolatorie[modifica | modifica sorgente]

Ischemia e infarto miocardico[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi infarto del miocardio.

Quando si verifica una insufficiente irrorazione sanguigna del miocardio, questo deprime i suoi processi metabolici in quanto: c'è mancanza di ossigeno, si produce un eccesso ristagnante di anidride carbonica e il materiale nutritizio viene a mancare. In questi casi, dapprima il tessuto miocardico limita le proprie prestazioni (ischemia), ma se l'apporto di nutrizione si prolunga nel tempo si arriva alla morte del tessuto miocardico (infarto). In questi casi la ripolarizzazione delle membrane si verifica solo parzialmente o non si verifica più. Sul tracciato ECG l'infarto e l'ischemia sono caratterizzati da anomalie riguardanti le onde Q, i segmenti ST e le onde T.

In condizioni normali abbiamo onde Q molto piccole, che sono dovute alla depolarizzazione del setto interventricolare che si verifica da sinistra verso destra, quindi le forze elettriche sono in allontanamento dal ventricolo sinistro (la penna si muove verso il basso). Poiché il setto è sottile, le forze che si generano sono di breve durata (0,04 secondi) e di piccola ampiezza (profondità inferiore al 25% dell'altezza dell'onda R). In caso di miocardio infartuato, esso non produce potenziali elettrici, pertanto le forze elettriche che si dirigono verso l'elettrodo (e che producono movimenti della penna verso l'alto) sono molto ridotte o assenti. La zona non infartuata, in questo modo, ha un'attività più preponderante che tende ad allontanarsi dall'elettrodo, che quindi registra forti potenziali negativi, che si traducono in un'ampia onda Q. Un'onda Q significativa, indicante un probabile infarto, ha una durata maggiore di 0,04 secondi e/o una profondità maggiore di un quarto dell'ampiezza dell'onda R corrispondente.

L'ischemia produce un sovraslivellamento o un sottoslivellamento del segmento ST, a seconda se la lesione sia intramurale, coinvolga cioè solo la porzione interna del miocardio o transmurale che attraversa l'intero spessore del miocardio. L'ischemia talvolta può non essere associata ad una modificazione immediata del tratto ST nelle prime ore dalla insorgenza sintomatologica per cui l'elemento diagnostico deve essere sempre interpretato da specialisti ed integrato dal dosaggio enzimatico. Il sovra- o sottoslivellamento di ST e spesso associato all'inversione dell'onda T, che rappresenta la "memoria elettrica" della recente ischemia[6].

Fibrillazione ventricolare[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi fibrillazione ventricolare.

La fibrillazione ventricolare è causata da impulsi cardiaci che si scatenano all'interno del miocardio, che portano, dapprima all'eccitazione di una parte del miocardio e poi ad una continua e progressiva rieccitazione delle parti ventricolari che precedentemente erano state eccitate. In questo modo è impossibile che si verifichi una contrazione coordinata della massa cardiaca e questo impedisce che il sangue possa essere pompato in maniera opportuna. Le camere ventricolari non si riempiono, né si svuotano, rimanendo in uno stato di contrazione parziale. Il perdurare di questa condizione per un periodo superiore ai 4-5 secondi, a causa della mancanza di flusso ematico a livello cerebrale, porta alla perdita di coscienza; dopo pochi minuti i tessuti vanno in ischemia e sopraggiunge la morte. Il tracciato ECG della fibrillazione ventricolare è caratterizzato da complessi QRS organizzati, ma non c'è mai un ritmo regolare. Nelle prime fasi del fenomeno, il miocardio tende a contrarsi in maniera simultanea, portando onde irregolari, dopo pochi minuti l'ECG mostra onde molto irregolari a basso voltaggio.

Asistolia[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi asistolia.
Asistolia

L'asistolia è un'eventualità più grave della fibrillazione, poiché quest'ultima è a volte espressione di un evento elettrico casuale e risulta compatibile con la vita se trattata immediatamente. L'asistolia invece si associa ad un danno miocardico massiccio, in questo caso nessun ritmo può essere generato o sostenuto dai ventricoli; si verifica quando l'attività fibrillatoria è insostenibile a causa del mancato apporto di sostanze che provvedano al nutrimento del miocardio. Il tracciato dell'ECG presenta solamente le onde P, mentre il resto del tracciato è una linea piatta, ciò indica ancora un'attività residua degli atri, ma una totale assenza di attività da parte dei ventricoli. È una condizione che determina, in breve tempo, arresto cardiaco e decesso molto rapido.

Lo sviluppo in multipolo[modifica | modifica sorgente]

Studi sempre più accurati a partire dagli anni quaranta e cinquanta negli U.S.A. hanno dimostrato che il comportamento elettrico del cuore è più simile ad un multipolo che ad un dipolo.

Multipole expansion[modifica | modifica sorgente]

I lavoro pionieristico di Nelson e Gabor punta sul fatto che la teoria del dipolo è inadeguata e vale solo come approssimazione per grandi distanze dalle regioni dove sono situati i dipoli. Per questo motivo hanno introdotto modelli più sofisticati per considerare i pattern del potenziale di superficie ed hanno stabilito che è necessario utilizzare un numero di curve ECG sul torace più grande di tre per ottenere informazioni riguardo all’insieme di tutti i dipoli. Un ruolo importante per l’approccio di Nelson e Gabor è stato giocato dal lavoro di alcuni ricercatori medici, che, tra il 1940 ed il 1952, hanno tentato di scoprire la distribuzione del potenziale sul torace ed hanno incominciato a sospettare che buona parte dell’informazione elettrocardiografica sia persa, usando solo segnali isolati. Alcuni di loro hanno iniziato quindi a registrare potenziali da un numero maggiore di punti (dell’ordine di 100). Un vero salto di qualità è stato il prendere in considerazione le mappe del potenziale o del campo elettrico sopra il torace ad istanti di tempo successivi invece che considerare una collezione di curve dipendenti dal tempo. Il lavoro svolto da Gabor e Nelson ha permesso un nuovo approccio alla ricerca ECG. A differenza di quanto avviene per la teoria del dipolo, si considera ora una sequenza di mappe temporali del potenziale. Quest’ultimo approccio è stato seguito tra gli altri da Bohning, Burger, Taccardi e Kienle. Questa via consente di avere una nuova organizzazione dei dati molto più interessante di una collezione di ECG dipendenti dal tempo presi in vari punti del torace. Una mappa è un insieme di n componenti, ciascuna delle quali rappresenta il valore del potenziale cardiaco misurato ad un certo istante di tempo in un punto preciso della superficie del torace. Possiamo considerare una mappa come un’istantanea di come si distribuisce il potenziale sul torace. A tal fine consideriamo un sistema di sonde disposte sul corpo, che permettono di misurare contemporaneamente il potenziale da diversi punti. Per avere una buona rappresentazione delle mappe ECG dobbiamo ricorrere all’interpolazione con un sistema di m armoniche sferiche. Le ultime ricerche, tra le quali si segnalano quelle svolte in Italia al politecnico di Catania, a Milano (Taccardi) ed a Torino (Favella, Istituto di Fisica di Torino) hanno utilizzato 64 armoniche sferiche.

La scelta delle armoniche non è obbligata, si può ricorrere ad altri sistemi di funzioni, purché sempre ortonormali. L’utilità delle armoniche sferiche risiede nel fatto che ci consentono di approssimare il fusto del corpo come una sfera, tangente all’omero. In questo modo, dunque, si può immaginare che le sonde si distribuiscano sulla superficie di una sfera. Questo metodo è noto come multipole expansion. La scelta del numero di 64 armoniche non è casuale, ma corrisponde al numero di coefficienti linearmente indipendenti in uno sviluppo lineare del campo variabile delle mappe ECG e pertanto al numero di derivazioni che sono misurate. Originariamente il numero di armoniche utilizzato era 250, ma si è rivelato eccessivo. Grazie ai 64 valori misurati si possono rappresentare le mappe sia considerando le derivazioni prese sul torace, sia quelle prese sul dorso. Questo è una conseguenza delle proprietà di invarianza delle armoniche sferiche sotto rotazioni. La rappresentazione di una mappa in un orientamento non standard può essere ottenuta in questa maniera: dapprima si ruotano le mappe in orientamento standard, quindi si costruisce la loro rappresentazione in questo orientamento e si ritorna alla fine alla situazione iniziale. Quest’ultima operazione è una trasformazione lineare sui coefficienti della mappa nell’orientamento standard. Alla fine si ottiene che i coefficienti delle mappe nell’orientamento non standard sono in relazione con quelli dell’orientamento standard grazie ad una trasformazione lineare ben nota: si tratta di una matrice di rotazione nello spazio dei coefficienti dello sviluppo della mappa in termini di armoniche sferiche. Se utilizziamo, anziché le prime (nel nostro caso 64, se L=7) armoniche sferiche, un altro sistema di N funzioni ortogonali, con k che varia da 1 a N e non equivalente alle armoniche sferiche e per caso la mappa, in orientamento standard, è esprimibile nel sistema delle e viene ruotata indietro rispetto all’orientamento iniziale, allora è ancora esprimibile in termini di, dal momento che queste ultime non possiedono le stesse proprietà di invarianza delle armoniche sferiche rispetto al gruppo di rotazione.

Sviluppo del potenziale di superficie con le armoniche sferiche[modifica | modifica sorgente]

In pratica il cosiddetto sviluppo in multipolo consiste in uno sviluppo ortogonale del potenziale di superficie in armoniche sferiche. Si immagina che il torace sia una porzione di cilindro con sezione circolare.

Approssimazione del fusto con armoniche sferiche

Il centro della sfera coincide con il centro di simmetria della porzione di cilindro. Inoltre l’area della sfera è uguale a quella del cilindro. Come centro di simmetria della porzione di cilindro si può scegliere il centro del miocardio. Poniamo inoltre che la sfera sia grosso modo tangente all’omero e descriviamo tutto in termini di coordinate polari, indicando con l’angolo longitudinale e l’angolo latitudinale.

La notazione convenzionale per le armoniche sferiche è:

Y_{l,m}(\theta, \phi), \mbox{ con } l = 0,~1,~2,~3,... \mbox{ e } m = -l,~-l+1,~...,~l-1,~l.

Si può scrivere il potenziale come una funzione di \theta, \phi e t in questo modo:

V_{t}(\theta, \phi)=\sum_{l=0}^L \sum_{m=-l}^l g_{l,m}(t)Y_{l,m}(\theta, \phi)

Dove le g_{l,m}(t) sono adeguate funzioni che variano nel tempo e sono valutate secondo la relazione:

g_{l,m}(t)= \int_0^{2 \pi} \int_0^{\pi} sin(\theta)V_t(\theta, \phi)Y_l^m(\theta, \phi) d \theta d \phi

In questo modo si descrive lo sviluppo in multipolo della mappa del potenziale di superficie di un campo di derivazioni e di conseguenza la sovrapposizione di contributi dovuti alle correnti di dipolo, quadrupolo, ottupolo,… più in generale di poli di ordine 2^L, che nascono tutti dalla distribuzione delle correnti del miocardio.

Mappa ECG con multipole expansion - 3D
Mappa ECG con multipole expansion - 2D

Una ricostruzione molto buona delle mappe, tale da preservare un grande numero di dettagli può essere ottenuto in termini di 64 armoniche sferiche. Si ottiene comunque una ricostruzione abbastanza buona anche con L=6 e dunque con 49 armoniche sferiche. Questo significa che la mappa del potenziale può essere ricostruita facilmente attraverso 64 segnali ECG da diverse posizioni sul torace.

Ogni mappa ha delle caratteristiche speciali che dipendono dal fatto che il miocardio ha un orientamento nel torace che non è arbitrario e, oltre a questo, le zone di eccitazione sono strettamente collegate alla struttura anatomica ed a fenomeni fisiologici. A causa dell'invarianza rotazionale delle armoniche sferiche, 64 parametri possono essere utilizzati per ricostruire qualsiasi mappa che non contenga multipoli di ordine l più grandi di 7.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ cronologia del xx secolo, grandi manuali newton
  2. ^ Sibilia D. (1948). L'Elettrocardiogramma. Tecnica - genesi - significato clinico. Roma: Edizioni dell'Ateneo.
  3. ^ a b c d Costantini, 2012, op. cit.
  4. ^ a b c d Guyton, 2012, op. cit.
  5. ^ a b c d e f Costantini, Oreto 2012, op. cit.
  6. ^ L'elettrocardiogramma nella Sindrome coronarica Acuta

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Marcello Costantini, L'elettrocardiogramma - dalle basi fisiologiche alla facile interpretazione, 3ª ed., McGraw-Hill Italia, 2012. ISBN 9788838636493.
  • Costantini M, Oreto G, Aritmie Cardiache: una diagnosi basata sull'ECG. Casi aritmologici emblematici e dizionario pratico di aritmologia, 1ª ed., Ambrosiana / CEA, 2012. ISBN 9788808182678.
  • Guyton Arthur C, Hall John E, Fisiologia Medica, 12ª ed., Elsevier, 2012. ISBN 8821434273.
  • Geselowitz DB, Schmidt OH, Biological Engineering, 1969.
  • Contribution à la détermination quantitative des erreurs de la vectorcardiographie - B. Taccardi, in Critical Reviews in Biomedical Engineering, 1982, Vol 8, issue 3, pag 277
  • Gabor D, Nelson CV, Determination of the resultant dipole of the heart from measurement on the body surface, J App Phys 1954, 25:423-416
  • Sibilia D. (1948). L'Elettrocardiogramma. Tecnica - genesi - significato clinico. Roma: Edizioni dell'Ateneo.
  • La rappresentazione del potenziale elettrocardiografico di superficie a partire da 16 sonde -Favella L, Di Leva A, Balossino N, Reineri MT, in Communications and computers. Communications and signal processing in medicine, 1977

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