UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO Oddelek za fiziko DIPLOMSKA SEMINARSKA NALOGA Elektrokardiografija, fonografija in merjenje krvnega tlaka z vmesnikom COBRA3 in bio-ojačevalnikom David Vodušek Maribor, 2009
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO
Oddelek za fiziko
DIPLOMSKA SEMINARSKA NALOGA
Elektrokardiografija, fonografija in merjenje krvnega tlaka z vmesnikom COBRA3 in bio-ojačevalnikom
David Vodušek
Maribor, 2009
Diplomska seminarska naloga
Elektrokardiografija, fonografija in merjenje krvnega tlaka z vmesnikom COBRA3 in bio-ojačevalnikom
David Vodušek
Mentor: doc. dr. Aleš Fajmut
Maribor, 2009
ZAHVALA Iskreno se zahvaljujem mentorju docentu dr. Alešu Fajmutu za vso pomoč in nasvete pri
izdelavi diplomsko seminarskega dela.
III
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA NARAVOSLOVJE IN MATEMATIKO
IZJAVA Podpisani David Vodušek, roj. 3. 6. 1980, študent Fakultete za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru, smer Fizika, izjavljam, da je seminarska diplomska naloga z naslovom
Elektrokardiografija, fonografija in merjenje krvnega tlaka z vmesnikom COBRA3 in bio-ojačevalnikom
pri mentorju doc. dr. Alešu Fajmutu, avtorsko delo. V diplomski seminarski nalogi so uporabljeni viri in literatura korektno navedeni; teksti niso prepisani brez navedbe avtorjev. _______________
(podpis študenta)
Maribor, 12. 1. 2009
IV
Kratek povzetek diplomske seminarske naloge
V diplomski seminarski nalogi je obravnavano delovanje srca in nastanek ter širjenje
živčnih signalov. Opisano je medicinsko in fizikalno merjenje signala EKG. Fizikalno so
podrobneje opisani izvor potenciala, električne lastnosti tkiva srca ter izračun potenciala
na sferi. V nadaljevanju sta predstavljena še merjenje krvnega tlaka ter fonografija.
Diplomsko seminarsko nalogo podrobneje zaokrožajo meritve in rezultati, opravljeni z
uporabo vmesnika COBRA3 in bio-ojačevalnika.
Ključne besede: delovanje srca, elektrokardiografija, EKG, potencial, krvni tlak,
fonografija, COBRA3.
Kurze Zusammenfassung der Diplomseminararbeit
In Diplomseminararbeit wird die Herztätigkeit und die Entstehung sowie die
Verbreiterung der Nervensignale behandelt. Es wird medizinische und physikalische
Messung des EKG Signals beschrieben. Physikalisch sind näher die Abstammung des
Potentials, elektrische Merkmale des Herzgewebes und die Errechnung des Potentials an
der Sphäre beschrieben. In der Fortsetzung sind noch die Messung des Blutdrucks und
Fonographie vorgestellt. Die Diplomarbeit vervollständigen näher die Messungen und
Resultate, die mit der Verwendung des Zwischenstückes COBRA3 und mit dem
Bioverstärker erledigt sind.
Schlüsselwörter: Herztätigkeit, Elektrokardiographie, EKG, Potential, Blutdruck,
Fonographie, COBRA3
1
KAZALO:
1. UVOD------------------------------------------------------------------------------------------------- 2
2. SRCE KOT MOTOR KRVOŽILNEGA SISTEMA --------------------------------------- 4
3. NASTANEK IN ŠIRJENJE ŽIVČNIH SIGNALOV (AKCIJSKI POTENCIAL,
DEPOLARIZACIJA CELICE) ----------------------------------------------------------------------- 9
4. MEDICINSKO OZADJE MERJENJA SIGNALA EKG --------------------------------15
5. FIZIKALNO OZADJE MERJENJA SIGNALA EKG-----------------------------------19
5.1. Izvor potenciala ----------------------------------------------------------------------------------------------------19
5.2. Električne lastnosti tkiva -----------------------------------------------------------------------------------------23
5.3. Izračun potenciala na sferi---------------------------------------------------------------------------------------23
6. MERJENJE KRVNEGA TLAKA (PRETOČNOST SRCA, KRVNI TLAK, UPOR
ŽILNEGA SISTEMA) ---------------------------------------------------------------------------------28
7. FONOGRAFIJA ----------------------------------------------------------------------------------35
8. REZULTATI MERITEV IN DISKUSIJA --------------------------------------------------37
9. ZAKLJUČEK--------------------------------------------------------------------------------------41
LITERATURA ------------------------------------------------------------------------------------------43
PRILOGE-------------------------------------------------------------------------------------------------44
PRILOGA 1: VAJA – MERJENJE EKG ---------------------------------------------------------45
PRILOGA 2: VAJA - MERJENJE KRVNEGA TLAKA--------------------------------------48
PRILOGA 3: VAJA - ISTOČASNA MERITEV EKG IN FONOGRAFIJA --------------50
2
1. UVOD
Elektrokardiografija je ena najstarejših kliničnih metod. Elektrokardiografsko empirično
znanje se je v zadnjih desetletjih močno uveljavilo z razvojem elektrofiziologije, vektorske
kardiografije, nuklearne kardiografije in drugih kardioloških metod.
Začetek elektrofiziologije sega v 17. in 18. stoletje. Leta 1792 je italijanski anatom Luigi
Galvani odkril, da električna stimulacija srca pri živalih, natančneje žabah, vodi do srčno
mišične dejavnosti. O pravih začetkih elektrokardiografije pa lahko govorimo šele v 19.
stoletju, ko so naredili prve občutljive instrumente, ki so lahko zaznali majhne spremembe
električne napetosti ob bitju srca. Šele v začetku 20. stoletja pa so prvič natančno zabeležili
elektrokardiogram ter ga razvili kot klinični pripomoček za vsakdanjo uporabo v zdravstvu.
Kot začetnika elektrokardiografije se najpogosteje omenja ime fizika in zdravnika Williama
Einthowena, ki je leta 1924 dobil Nobelovo nagrado za medicino. Ali je res on prvi natančno
zabeležil elektrokardiogram ali so bili to drugi avtorji, pa je še vedno predmet preučevanja
zgodovinarjev [1].
Elektrokardiografija je veda, s katero preučujemo delovanje srca na podlagi električnih tokov
v srčni mišici. Elektrokardiograf je posebna priprava, s katero zaznamo na površini telesa
napetostne razlike, ki so posledica električne aktivnosti srca, ko se iz enega predela srca v
drugega, kot val depolarizacije, prevaja akcijski potencial. Časovni zapis napetostnih razlik
izmerjenih na površini telesa imenujemo elektrokardiogram (EKG). EKG služi v medicinski
stroki kot sredstvo za diagnosticiranje kardiovaskularnih bolezni.
Pri snemanju EKG lahko dobimo različne oblike zapisov, odvisno od tega, na katere dele
telesa priključimo snemalne elektrode. Zato za snemanje EKG uporabljamo standardne
namestitve elektrod, da lahko opazujemo dogodke v srcu in jih primerjamo med seboj. Iz
zapisa pa lahko razberemo mnogo podatkov in opazujemo frekvenco bitja srca, periodičnost
utripa, spremembe v prevajanju akcijskega potenciala zaradi srčnega infarkta itd. Nenavadne
oblike signalov EKG so znak za nepravilno krčenje srčne mišice, kar je lahko znak za različna
srčna obolenja in bolezni ožilja.
Za elektrokardiografijo je torej najbolj pomemben graf napetosti v odvisnosti od časa, ki ga
imenujemo elektrokardiogram (EKG). Za boljše razumevanje tega grafa pa je pomembno
3
predznanje o delovanju in zgradbi srca. Zato bomo zgradbo srca spoznali v naslednjem
poglavju.
4
2. SRCE KOT MOTOR KRVOŽILNEGA SISTEMA Srce je votla mišica sredi prsnega koša, ki poganja kri po telesu in s tem oskrbuje celice s
kisikom in hranljivimi snovmi. Srce odraslega človeka je veliko približno kot pest in tehta
približno 300 gramov.
Srce je vzdolžno predeljeno z mišično steno imenovano pretin ali septun na dve funkcionalni
polovici. Ti dve polovici, imenovani »levo« in »desno« srce, zagotavljata tok krvi po dveh
zaporednih žilnih zankah – lokih, ki se začenjata in končujeta v srcu. Pri razlagi si
pomagajmo s sliko (1), ki prikazuje dele srca. Zaklopka deli vsako polovico v zgornji atrij
(preddvor) in ventrikel (prekat). Ko se srčna mišica skrči, stisne kri, ki priteče iz atrija v
ventrikla, nato pa iz ventriklov v telo. S kisikom nasičena kri iz pljuč teče po pljučnih venah v
levi atrij, nato skozi levi ventrikel. Potem pa izteče v telo skozi aorto. Kri iz telesa priteče v
desni atrij in iz levega ventrikla odteče v telo. Zaradi zaporedne vezave obeh krvnih obtokov
mora iztisniti levi prekat enako količino krvi kot desni. V mirovanju srce utripne od 60-krat
do 80-krat v minuti; med delom, pri stresu pa lahko tudi do 200-krat v minuti.
Desna stran srca torej potiska kri v pljučni ali mali krvni obtok. V pljučih poteka izmenjava
dihalnih plinov in s tem izmenjava snovi med krvjo in zrakom. S kisikom obogatena
(oksigenirana) kri se vrača po pljučnih venah v levo srce.
Leva stran srca pa oskrbuje ostale organe telesa s kisikom, ki je obogaten s krvjo. Ta obtok
imenujemo sistemski ali veliki krvni obtok. Za vzporedni tok krvi v posamezne organe je
potrebna regulacija pretoka krvi skoznje skladno z njihovimi specifičnimi potrebami. Tako
na primer od petih litrov krvi, ki steče med mirovanjem v eni minuti skozi žile sistemskega
obtoka steče približno:
- 750 ml skozi možgane,
- 1200 ml skozi skeletne mišice,
- 1100 ml skozi ledvice,
- 250 ml skozi srčno mišico itd.
Količino krvi, ki jo srčna mišica v določenem času prečrpa, imenujemo pretočnost srca [2].
Leva in desna stran srca prečrpata enako količino krvi. Če srce v mirovanju utripne 70-krat na
minuto (pulzna frekvenca) ter vsak utrip požene 70 mililitrov krvi v krvožilni sistem, srce
prečrpa približno 5 litrov krvi na minuto. Kadar pa je srce bolj obremenjeno naraste prečrpana
5
količina krvi do 25 litrov na minuto. Takšno povečanje zlahka dosežemo pri fizičnem naporu;
če pulz (frekvenca srca) naraste na 180 utripov/minuto, ter se volumen krvi poveča s 70
ml/utrip na 140 ml/utrip. Vrhunski športniki zlahka dosežejo to mejo, brez kakšnih tveganj za
zdravje.
Iz organov se kri po vedno večjih venah steka v dve največji veni (zgornja in spodnja velika
dovodnica – vena cava) in nato v desno srce. V tkivih je del kisika prešel iz krvi skozi
kapilarne stene v medcelično tekočino, zato je kri v venah velikega obtoka deoksigenirana [3].
Slika 1: Vzdolžni prerez srca z osnovno zgradbo srca. Prirejeno po [3].
Srce pod tlakom potiska kri po žilah. V različnih predelih ožilja je krvni tlak različen, glede
na njegovo vrednost pa ločimo dve področji; obtok z visokim krvnim tlakom in obtok z
nizkim krvnim tlakom (shematično prikazano na sliki 2).
6
Področje obtočil z visokim krvnim tlakom je sestavljeno iz levega ventrikla, aorte in
sistemskih arterij. Tlak v tem delu cirkulacije povprečno znaša okrog 100 mm Hg. Visok tlak
zagotavlja hiter tok krvi k organom ter premagovanje hidrostatskih sil, ki delujejo na
organizem zaradi težnosti, zlasti med pokončno držo. Poleg tega omogoča regulacijo oskrbe
posameznih organov s spreminjanjem pretoka krvi v lokalnih žilnih zankah. Zato ga
imenujemo tudi visokotlačni sitem obtočil.
Področje obtočil z nizkim tlakom sestavljajo kapilare, sistemske vene, pljučni obtok, desno
srce in levi atrij. Tlak v tem delu cirkulacije znaša povprečno 15 mm Hg. Posledica nizkega
tlaka je počasen tok, kar omogoča v organih učinkovito izmenjavo snovi ob zmerni porabi
energije. Okrog 80 % vse krvi v telesu je v t.i. nizkotlačnem sistemu obtočil, zato le ta
predstavlja shrambo (rezervoar) krvi, v nasprotju z visokotlačnim sistemom, ki učinkuje kot
»shramba« krvnega tlaka (tlačni rezervoar) [3].
Slika 2: Sistemski in pljučni obtok. Prirejeno po [3].
7
Slika 3: Funkcionalna shema srca: smer toka krvi je prikazana s puščicami. Povzeto po [3].
Srce v splošnem delimo na levi in desni predvor ali atrij ter levi in desni prekat oz. ventrikel,
kot prikazujeta slika 1 in slika 3. Kontrakcijo srca imenujemo sistola, sproščenost mišice oz.
relaksacijo srca pa imenujemo diastola. V fazi sistole se srčna mišica najbolj krči in poriva kri
v arterije. Del srca, ki se najbolj intenzivno krči, je ventrikel. V fazi diastole se srce napolni s
krvjo, mišica pa se relaksira.
Mehanska aktivnost srčne dejavnosti poteka v štirih fazah:
1. Polnjenje ventriklov – po skrčenju atrijev se v tej fazi prične postopno polnjenje
ventriklov v relaksaciji. Polnjenje zagotavlja višji tlak v atrijih od tlaka v ventriklih,
posledica tega je tok krvi, ki odpre atrioventrikularne zaklopke in polni ventrikla. V
vsakem ventriklu je po prvi fazi približno 140 ml krvi.
2. Izovolumetrična kontrakcija ventriklov – stene vetriklov se pri tej fazi začno krčiti, pri
čemer se volumen ne spremeni. Zaradi nadtlaka se atrioventrikularni zaklopki (desna
in leva atrioventrikularna zaklopka) zapreta, zato tlak v ventriklih narašča (v pomoč
naj bo slika 3).
3. Iztisnjenje krvi iz ventriklov – ejekcija krvi v aorto se prične, ko tlak v ventriklih
preseže tlak v aorti. Aorta se zato odpre. Med krčenjem ventriklov se iztisne v pljučno
deblo in aorto povprečno 70 ml krvi. Ker ostane nekaj krvi v ventriklih, se le-ta ne
izpraznita dokončno. Med končno fazo krčenja ventriklov se pretežno polnita atrija
zaradi srka krvi, ker krčenje ventriklov potegne ravnino zaklopk navzdol in s tem
poveča prostornino atrijev.
8
4. Izovolumetrična relaksacija ventriklov – v zadnji, četrti fazi se mišična stena
ventriklov sprosti. Tlak v ventriklih hitro pade pod vrednost tlakov v aorti in pljučnem
deblu, zato se aortna in pljučnodebelna zaklopka zapreta. Desna atrioventrikularna
zaklopka in leva atrioventrikularna zaklopka ostaneta zaprti dokler je tlak v ventriklih
višji kot v atrijih. Ko je tlak v atrijih višji kot v ventriklih, se atrioventrikularni
zaklopki odpreta, s tem pa se prične polnjenje ventriklov [3].
Pri ponavljajočem se procesu lahko s pomočjo pripomočka stetoskopa razberemo dva srčna
šuma. Ta šuma nastaneta zaradi vibracij v srcu in se prenašata na prsno steno. Prvi nastane
zaradi izovolumetrične kontrakcije mišic ob začetku skrčenja ventriklov–sistole. Drugi šum
pa se sliši ob zaprtju aortne zaklopke ob koncu diastole.
Volumen krvi, ki ga ventrikel iztisne v žilni sistem v eni minuti, imenujemo minutni volumen
srca. Normalno sta minutna volumna krvi desnega in levega srčnega ventrikla enaka. Minutni
volumen srca (Vm) je odvisen od utripnega volumna (Vu) in frekvence srca (υ). Zvezo nam
podaja enačba
u
m VV
ν=min
, (1)
pri čemer je υ podan z enoto [min-1].
Količina krvi, ki se pretaka skozi obtočila, mora stalno zadoščati za potrebe tkiv, zato mora
biti natančno uravnavana. Temu v človeškem telesu služijo mehanizmi, ki uravnavajo minutni
volumen srca.
9
3. NASTANEK IN ŠIRJENJE ŽIVČNIH SIGNALOV (AKCIJSKI POTENCIAL, DEPOLARIZACIJA CELICE)
Akcijski potencial je kratkotrajna prehodna sprememba električnega potenciala celične
membrane živčnega vlakna [3]. Potrebno je poudariti, da ima akcijski potencial srčnih
mišičnih celic podobno obliko kot akcijski potencial pri živčnih vlaknih, le da je trajanje
akcijskega potenciala približno 100-krat daljše pri srčni mišici, kot pri živčnem vlaknu ali
skeletni mišici. Pomembnejše razlike bomo opisali kasneje. Poskuse za demonstracijo
akcijskega potenciala najpogosteje prikazujejo s pomočjo žabjih nožnih mišic. Če vzdražimo
živec s pomočjo električnega toka, se mišica skrči. Vzdraženje povzroči v živcu vzburjenje, ki
se nato prenese na mišico. Da pride do vzdraženja živca, mora biti dražljaj dovolj močan. S
povečanjem jakosti dražljaja se sprva povečuje tudi velikost električnega odgovora živca,
vendar le do določene meje. Takrat so vzdražena vsa vlakna, tako da kljub večjemu
vzdraženju jakost odziva ne narašča. Takoj po vzdraženju se živec nato nekaj časa ne odziva
na dražljaj. Akcijski potencial živčnih vlaken lahko opazujemo le pri živem tkivu. Odvisno od
debeline ovojnice in premera vlakna, se vzburjenje širi različno hitro (od 1 m/s do 120 m/s).
Med vzburjenjem živčnega vlakna je spreminjanje in potek membranskega potenciala mogoče
spremljati. Tipični membranski mirovni potencial mišičnih celic ventrikla znaša od -80 mV
do -90 mV in je negativen znotraj celice [4].
Tipični akcijski potencial ventrikularnih celic razdelimo na 5 faz, kar prikazuje slika (4 A):
a) Faza 4 – mirovni potencial: prva faza predstavlja stacionarno stanje med zaporednimi
akcijskimi potenciali celice. Mirovni potencial ima tipične vrednosti od -80 mV do -90 mV.
Te vrednosti so primerljive mirovnemu potencialu K+ ionov, kot je prikazano v tabeli [1], saj
je membrana celice v tem stanju mnogo bolj prepustna za K+ ione kot za ostale ione. (Glej
izpeljavi mirovnega potenciala v nadaljevanju – enačba 5.)
b) Faza 0 – depolarizacija: mehanizem depolarizacije je podoben kot v ostalih živčnih celicah
in skeletnih mišičnih celicah; hitro se namreč povečajo prevodnosti za Na+ ione preko
membrane celice. Posledica je sunkovit porast vrednosti iz mirovnega potenciala (-90 mV) na
pozitivno vrednost približno 20 mV. Ta vrednost je blizu vrednosti ravnovesnega potenciala
za Na+ ione (40 mV), vendar ob depolarizaciji ni nikoli dosežena zaradi preostale obstoječe
majhne permeabilnosti membrane za K+ ione. Hkrati se zmanjša prepustnost membrane za K+
ione, vendar počasneje, kot se za Na+ poviša, kar prikazuje slika (4 B).
10
Slika 4: A) Tipični akcijski potencial srčne celice v ventriklu. Celoten proces traja približno
od 200 ms do 300 ms. B) Prepustnost za K+ ion. C) Prepustnost za Na+ ion. D) Prepustnost za
Cl- ion. E) Prepustnost za Ca2+ ion. Prirejeno po [4].
11
c) Faza 1 – repolarizacija: v naslednjih 2 do 3 ms se potencial normalizira zaradi hitre
repolarizacije, podobno kot v živčnih in skeletnih mišicah. To je posledica padca prevodnosti
membrane za Na+ ione.
č) Faza 2 – plato: faza platoja je del srčnega akcijskega potenciala, ki se najbolj razlikuje od
ostalih akcijskih potencialov. V tej fazi vdira Ca2+ v celico, zaradi česar prihaja do krčenja
mišične celice. V tej fazi sta približno v ravnovesju toka Ca2+ in K+ ionov. Prvi tok teče v
celico, drugi pa iz nje. Akcijski potencial ima pri tem konstantno vrednost med 0 in 10 mV.
Pri drugih celicah te faze ni.
d) Faza 3 – repolaziracija: razumevanje faze repolarizacije še ni popolno, saj gre za zelo
kompleksen proces. Pomembnih je namreč več mehanizmov. Prevodnost kanalov na
membrani za K+ ione je še vedno povečana in se s časom še zvišuje. Le-ti se zaradi manjše
koncentracije zunaj še vedno prerazporejajo izven celice in težijo k repolarizaciji celice.
Hkrati K+ ione poganja navznoter tudi elektrostatska sila, ki jo poganja razlika potencialov, ki
je sedaj znotraj negativna. Vendar je ta tok manjši v primerjavi s tistim, ki ga generira razlika
koncentracij. Hkrati pa poteka tudi prerazporejanje Na+ ionov izven celice in K+ ionov v
celico preko Na+-K+ črpalk, ki prečrpavajo obe vrsti ionov nasproti višji koncentraciji.
Ca2+ prečrpavajo izven celice deloma Ca2+ črpalke, deloma pa se Ca2+ prerazporedi v
sarkoplazemski retikulum in v mitohondrije.
Širjenje akcijskega potenciala:
Akcijski potencial, ki se prične v celicah sino-atrialnega (SA) vozla v srcu (slika 1), se širi po
celotni celični membrani, dokler ni celotna celica depolarizirana. Celice srca imajo edinstveno
lastnost, da se akcijski potencial prenaša iz ene celice na drugo neposredno brez prisotnosti
elektro – kemijskih sinaps, ki so potrebne pri drugih tipih celic. Do leta 1954 je celo veljalo
mnenje, da je srčna mišičnina sincicij, t.j. da posamezni deli mišičnine ne bi bili ločeni z
membranami. Kasneje so ugotovili, da je mišičnina sestavljena iz posameznih celic, ki so med
seboj ločene z interkalarnimi diski, povezane pa preko t.i. »gap junctions«, ki imajo zelo
majhno upornost. Impulz, ki se pojavi kjerkoli v srčni mišici, se tako širi po celotnem tkivu
srca, kar posledično rezultira kontiunirano mehansko kontrakcijo. Res pa je, da so atriji
12
električno izolirani od ventriklov. Val depolarizacije celice se lahko razširi zgolj preko atrio-
ventrikularnega prehoda, ki poteka po steni med levo in desno polovico srca (glej sliko 1).
Zaporedje sekvenc ventrikularne depolarizacije je prikazano na sliki 9.; prikazane so
posamezne faze od depolarizacije atrijev preko depolarizacije atrijev, notranje stene in levega
ventrikla do faze depolariziranih ventriklov. Sledi repolarizacija ventriklov. Celoten proces
repolarizacije ventriklov traja približno 80 ms. Pod preseki srca so prikazane trenutne
krivulje, ki jih opiše konica vektorja v prostoru med srčnim ciklom.
Osnove nastanka prekomembranskega potenciala:
Razporeditev ionov celice (ionov K+, Na+ ionov in Cl- ionov) je ob zunanji in notranji strani
membrane različna. Koncentracija Na+ ionov je v zunajcelični tekočini višja kot v
znotrajcelični. Pri K+ ionih velja obratno. Kadar so delci kakšne snovi neenakomerno
porazdeljeni na obeh straneh prepustne membrane, lahko za vsak ion posebej izračunamo
vrednost ravnovesnega potenciala, ki izenači neenakomerno porazdelitev teh ionov.
Celice srca regulirajo razliko v koncentraciji posameznih ionov preko membrane s t.i.
črpalkami. Tabela 1 prikazuje zastopanje pomembnejših ionov pri srcu mačke. Celična
membrana je selektivno prepustna, saj vsebuje prepustne kanale, ki dovoljujejo selektivno
prepustnost toka ionov.
Tabela 1: Ionska koncentracija in povprečni potencial izmerjen v srcu mačke. Vrednost aCa++
ima premajhno vrednost za merjenje, prikazana vrednost je potrebna za preprečitev interakcije
med aktinom in miozinom [4].
Ion Koncentracija zunaj
celice (mmol/L)
Koncentracija znotraj
celice (mmol/L)
Povprečni potencial
Vi (mV)
Na+ 145 32 40
K+ 5,3 172 -90
Ca++ 5,2 0,0007a 205
Cl- 87 30 -28
13
Povprečni potencial Vi je podan z naslednjo Nernst-ovo ravnotežno enačbo [4]:
lnzunaj
ii znotraj
i i
RT CV
Z F C= , (2)
kjer je MolK
JR 3,8= plinska konstanta, T absolutna temperatura, F Farradayeva konstanta, Zi
valenca ionov in iη molarna koncentracija zunaj oz. znotraj celice [7].
Pri sobni temperaturi lahko enačbo 2 poenostavimo:
10
60log
zunaj
ii znotraj
i i
mV CV
Z C= . (3)
Posamezni ioni prehajajo preko celične membrane preko ionsko selektivnih kanalov (slika 5).
Prepustnost kanalov je različna za različne ione ter se spreminja glede na prerazporeditev
ionov vzdolž membrane ali pa kot rezultat aktivacije membranskih receptorjev. Trenutno
gostoto (Jm) izračunamo po enačbi:
( )∑ −+=i
im
m
mm VVgidt
dVCJ , (4)
kjer je Cm kapaciteta membrane, Vm membranski potencial, gi prevodnost membrane za
posamezne ione i.
Mirovni potencial v četrti fazi (slika 5 A) v celicah srca, sprožajo podobni mehanizmi kot v
ostalih celicah v telesu. Ker je Jm= 0, lahko iz enačbe (4) izračunamo mirovni potencial 0mV :
000
Vg
gV
g
gV
g
gV
g
gV
m
Ca
m
Ca
Na
m
Na
k
m
K
m +++= , (5)
kjer je ∑=i im gg skupna prevodnost membrane. V fazi mirovanja je celična membrana bolj
prepustna za K+ ione kot za ostale ione. Zato je 1≈m
K
g
g, kar rezultira mirovni potencial
( K
o
m VV ≈ ) od -80 mV do -90 mV za celice ventriklov v srcu.
14
Slika 5: Električno vezje kot analog celični membrani [5].
15
4. MEDICINSKO OZADJE MERJENJA SIGNALA EKG
Začetna motnja se prične zgoraj v desnem atriju (slika 6), kjer je lociran skupek
specializiranih mišičnih celic, dolžine 15 mm in širine 5 mm, imenovan sinoatrialni vozel (SA
vozel) (slika 1). To so t. i. samovzdražne celice (peacemaker celice), ki v mirovanju
generirajo akcijski potencial s približno frekvenco 70 min-1. AV vozel je edina prevodna pot
iz atrijev v ventrikle. Pravimo mu tudi Hisov snop (po fiziku Wilhelmu Hisu, 1863 -1934).
Hisov snop prehaja v spodnjem delu v Purkinijeva vlakna (imenovana po Janu Evangelistu
Purkinju, 1787-1869), ki so premrežena po notranji strani ventrikularnih sten [6]. Prehod
depolarizacije preko AV vozla je počasen v primerjavi s prevajanjem signala v
ventrikularnem delu – t.i. Purkinijevih vlaknih. Iz notranje strani ventrikularne stene se nato
formacija valovne fronte širi iz celice na celico proti zunanji steni ventriklov. Po
depolarizaciji celic se kmalu začne repolarizacija, kakor je razvidno s slike 6.
Če ta akcijski potencial merimo na različnih delih v srcu, dobimo posamezne signale, ki jih
prikazuje slika 6 (desno). V desnem spodnjem kotu je izmerjen tudi tipični EKG, s katerega je
razvidno kdaj in kje se širi akcijski potencial (primerjaj barve signalov in obarvanost sten
srca).
Možnost registriranja potencialov, ki nastanejo ob depolarizaciji srčnih mišičnih celic, na
površini telesa, je ustvarilo pogoje za razvoj elektrokardiografije. Spoznali smo že, da je
notranja stran membrane srčne mišične celice v mirovnem stanju zaradi neenakomerne
porazdelitve posameznih ionov nabita drugače, kot zunanja stran te iste membrane. Napetost
oz. razlika potencialov posamezne celice je v mirovnem stanju negativna. Rečemo, da je
celica polarizirana. Ob odprtju kanalov na membrani celice se ioni prerazporedijo tako, da
razlika potencialov na membrani izgine – celica je depolarizirana. Ta val depolarizacije se širi
s celice na celico. Na mestu, kjer je prišlo do depolarizacije, pa se ponovno vzpostavi prvotno
polarizirano stanje.
Na sliki (6) so prikazane oblike akcijskih potencialov v posameznih delih srca in trenutki, ko
v posameznem delu nastopi depolarizacija. Ti trenutki so z barvno kodo označeni na zapisu
EKG (desno spodaj). S slike so razvidni prispevki SA vozla (rumena barva), prispevki mišice
atrijev (zelena barva), prispevki AV vozla (rdeča barva), atrio-ventrikularne (AV) povezave
(modra barva), prispevki Hisovega snopa (vijolična barva) in Purkinijevih vlaken (siva
16
barva). Najbolj izrazit prispevek ventrikularnih mišic pa je označen z oranžnorjavo barvo. S
slike lahko razberemo, da je v času depolarizacije atrijev na EKG vrh P, v času prevajanja
vala depolarizacije preko AV vozla, Hisovega snopa in Purkinjevih vlaken se EKG rahlo
zravna in ima prevoj proti točki Q. V trenutku točke Q se prične depolarizacija ventriklov –
najprej desnega nato pa še levega. To v EKG opazimo kot porast od Q do R. Celice ventriklov
ostanejo dlje časa depolarizirane, in sicer približno do začetka vrha T, nakar se repolarizirajo
do konca trajanja vrha T, čemur sledi faza mirovanja. Opazimo tudi, da se celice atrijev že
popolnoma repolarizirajo do vrha R. Opazimo tudi bistveno razliko v obliki in trajanju
akcijskega potenciala celic atrijev in ventriklov. Celice ventriklov namreč ostajajo dlje časa
depolarizirane, kar je njihova posebnost [10].
Slika 6: Časovno zaporedje in oblika akcijskih potencialov posameznih delov srca (slike
desno), funkcionalna zgradba srca (slika levo) in tipičen EKG zdravega človeka (slika desno
spodaj). Barvna koda posameznih akcijskih potencialov, delov srca in delov krivulje EKG se
ujema. Prirejeno po [22].
17
Preko elektrod na koži telesa izmerimo ustrezen EKG signal in ga izpišemo na namenski
papir. Tako dobimo dvodimenzionalni standardizirani zapis signala. Oblika papirja in grafa je
standardizirana zato, da ustrezni strokovnjaki takoj opazijo določene anomalije signala.
Krivulja se izrisuje na milimetrski papir, da se lažje opravijo merjenja. Hitrost papirja pri
tiskanju je 25 mm/s. 10 mm višine grafa pa odgovarja napetosti 1mV. Izmerjen EKG
potencial bo amplitudno manjši od realnega. Vzrok temu je padec napetosti na stiku med
tkivom in merilnimi elektrodami [12].
Na sliki (7) je prikazan tipičen EKG signal.
Slika 7: Normalen EKG zapis. Prirejeno po [9].
Celotni interval P–R traja do 0,18–0,20 s, pri čemer val P doseže višino do 2,5 mm. Segment
P–R predstavlja čas atrioventrikularnega prevoda, ki normalno traja do 0,10 s. Interval QRS
traja od 0,07 do 0,10 s. Segment S–T bi naj bil v izoelektrični črti (interval se mora končati
pri enaki vrednosti kot se je pričel); dopuščen je zamik do 0,5 mm. Čas trajanja signala S–T in
intervala Q–T je močno odvisen od frekvence srčnega utripa, medtem ko je čas trajanja
intervalov P–R in QRS razmeroma konstanten in skoraj neodvisen od frekvence srčnega
utripa. Val T pa je najlabilnejši del elektrokardiograma, na katerega deluje več patoloških in
fizioloških vplivov. Interval Q–T traja od začetka prevoja pred vrhom Q do konca vala T. Pri
zdravih osebah je trajanje le-tega odvisno od frekvence bitja srca. Glede na to so narejene
posebne tabele za diagnosticiranje. Trajanje posameznih intervalov prikazuje tabela 2.
18
Tabela 2: Povprečen čas trajanja posameznih intervalov v zdravem človeškem srcu. Povzeto
po [5].
P-R interval QRS interval Frekvenca Q-T interval S-T segment
Odrasli 0,18–0,20 s 60 0,33–0,44 s 0,14–0,16 s
Otroci 0,15-0,18 s 70 0,31–0,41 s 0,13–0,15 s
80 0,29–0,38 s 0,12–0,14 s
90 0,27–0,35 s 0,11–0,13 s Nor
mal
ne
vred
nost
i
Otroci
0,07–0,10 s
100 025–0,32 s 0,10–0,11 s
19
5. FIZIKALNO OZADJE MERJENJA SIGNALA EKG V prejšnjem poglavju smo na kratko opisali elektrofiziologijo srčnih mišičnih celic (t.i.
miokardnih celic). Rezultati električne aktivnosti teh celic so majhni tokovi, katerih posledica
so potencialne razlike na površini kože; le-te lahko z ustreznimi pripomočki nato izmerimo. V
tem poglavju bomo prikazali povezavo med aktivnostjo srčnih celic in trenutnimi
potencialnimi razlikami na površini telesa.
Zdravniki, ki uporabljajo elektrokardiogram kot diagnostično orodje, bi želeli določiti na
podlagi poznavanj potencialov na površini telesa nepravilnosti v delovanju izvora tega
potenciala, t.j. v srcu. Ta t.i. inverzni problem ni enolično rešljiv. V primeru, da poznamo
izvor, pa lahko določimo potenciale na površini telesa, zato si v nadaljevanju oglejmo
najenostavnejši model, s katerim lahko opišemo nastanek potenciala na površini telesa. To je
model srca kot dipola.
Model dipola vsebuje dve glavni sestavini. To sta: 1) predstavitev električne aktivnosti celic
srca in 2) predstavitev geometričnih in električnih lastnosti telesa. Ob poznavanju obeh je moč
tvoriti povezavo med izvorom in potencialom, ki ga zaznavamo na površini telesa [4].
5.1. Izvor potenciala
Najmanjša enota, ki prispeva k EKG je posamezna celica. Po posamezni celici se v času srčne
aktivnosti širi akcijski potencial. Proces širjenja akcijskega potenciala vzdolž celice si lahko
približno predstavljamo kot širjenje potenciala po koaksialnem kablu. Celico si namreč lahko
v grobem približku predstavljamo kot valjasto cev, pri kateri neprevodna membrana ločuje
zunanji prevodni medij od notranjega prevodnega medija, tok preko membrane pa je
omogočen zgolj preko kanalov. Ta prekomembranski tok depolarizira membrano in omogoča
širjenje akcijskega potenciala vzdolž celice in iz celice na celico. Tok namreč ne teče samo
preko membrane posamezne celice, temveč tudi iz celice v celico preko stikov med celicami
oz. preko t.i. neksusov.
Slika 8 prikazuje celico, po kateri se razširja val depolarizacije, kar interpretiramo s širjenjem
akcijskega potenciala. Akcijski potencial pa je pogojen s tokom v notranjosti celice (i(x,t)), ki
20
teče v smeri razširjanja akcijskega potenciala. Ta tok je premo sorazmeren s krajevnim
odvodom prekomembranskega potenciala (Vm(x,t)):
( , )( , ) mV x t
i x tx
∂∝
∂. (6)
Slika 8: Gostota tokovnic toka v notranjosti in zunanjosti celice v trenutku depolarizacije
celice. Povzeto po [4].
Glavni izvor električne aktivnosti celice je tok v notranjosti celice na meji med normalnim in
depolariziranim delom membrane, t.j. v področju fronte depolarizacije (prikazano z modro
prelomljeno črto na sliki 8). Ta izvor bomo imenovali tokovni dipol, ki je definiran s
površinsko gostoto toka j0, ki teče skozi cilindrično področje z dolžino dl in površino dA. Tok
teče vzporedno z normalnim vektorjem usmerjenim na površino velikosti dA, kakor je
prikazano na sliki 9.
Slika 9: Koncept tokovnega dipola.
21
Mera za jakost tokovnega dipola je kar produkt 0j dl dAv
, ki ostaja konstanten, če se dA in
dl manjšata proti nič. Ta produkt imenujemo tokovni dipolni moment posamezne celice, ki je
potemtakem definiran kot:
0 0m j dl dA=vv
(7)
Smer tokovnega dipolnega momenta kaže v smeri širjenja akcijskega potenciala. Enota za
tokovni dipolni moment je Am.
Če bi se srce nahajalo v homogenem izotropnem prevodnem mediju in bi bilo opazovano z
večje razdalje v primerjavi z njegovo velikostjo, potem bi lahko privzeli, da vsi tokovni dipoli
posameznih celic izvirajo iz ene točke v prostoru in bi jih med seboj lahko vektorsko sešteli
ter srce obravnavali kot en sam tokovni dipol. Skupen dipolni moment ( Mϖ
) oz. »vektor srca«
ob širjenju valov depolarizacije po mišičnih celicah srca spreminja smer in velikost kot
funkcija časa. Na sliki 10 je shematsko prikazan prerez srca in skupni dipolni moment srca, ki
se tekom širjenja vala depolarizacije spreminja po smeri. Vrh vektorja dipolnega momenta
potemtakem v prostoru opisuje krivuljo, ki je prav tako prikazana pod prerezom srca. Slika 10
pa prikazuje še projekcije dipolnega momenta na različne ravnine. Velikosti teh projekcij
predstavljajo velikost električnega potenciala med dvema točkama te ravnine, kar bomo
pokazali v nadaljevanju.
22
Slika 10: Shematski prikaz srca kot dipolnega momenta in njegove projekcije na različne
ravnine. Povzeto po [4].
23
5.2. Električne lastnosti tkiva
Izvor električne aktivnosti srca (t.j. tokovni dipol) se nahaja v telesu, kar na malce šaljiv način
prikazuje slika 11. Zaradi tega so potenciali, ki jih izmerimo na površini telesa, odvisni od
električnih lastnosti trupa. Če bi želeli modelirati trup, bi naleteli na veliko problemov. Trup
namreč ni homogen, je nepravilne oblike in ima anizotropne lastnosti. To je posledica
različnih vrst tkiv, množice žil, bronhijev, kosti …, ki imajo zelo različne prevodnosti. V
najbolj poenostavljenem modelu trupa so upoštevani naslednji privzetki [4]:
- trup se obnaša linearno, kar pomeni, da je gostota toka (j) vedno premo sorazmerna
gradientu potenciala ( Φ ) ( j σ= − ∇Φv
, kjer je σ prevodnost trupa);
- trup je homogen in izotropen;
- trup ima sferično obliko s polmerom R .
Izvor električne aktivnosti v trupu je počasi se spreminjajoči tokovni dipolni moment Mϖ
, ki
je lociran v središču sfere. Ta poenostavljeni model srca kot električnega dipola je prikazan na
sliki 11.
Slika 11: Idealiziran sferični trup, kjer je srce, ki se obnaša kot električni dipol, postavljeno v
središče sfere. Prirejeno po [4].
5.3. Izračun potenciala na sferi
Ob upoštevanju privzetka o linearnosti trupa velja enačba:
J σ= − ∇Φuv
, (8)
24
kjer je Juv
vsota gostot električnega toka na področjih depolarizacije posameznih celic, ki so
posledica lokalne spremembe membranskega potenciala na celici.
Poleg te velja še, da je divergenca toka enaka nič, saj v sferi ni izvora naboja:
0J∇ =uv
. (9)
Iz združitve obeh enačb dobimo t.i. Laplacevo enačbo:
2 0∇ Φ = , (10)
ki se jo reši za sfero ob upoštevanju robnega pogoja, da je gradient potenciala (tok) na
površini sfere enak 0:
0r
∂Φ=
∂ pri r=R (11)
in ob upoštevanju, da je celoten električni dipolni moment srca 0M J dl dA= ∫∫∫ dobimo na
površini sfere – trupa (r=R) rešitev za potencial:
02
3( , ) cos
4
MR
Rθ θ
πσΦ = , (12)
kjer je 0M magnituda tokovnega dipolnega momenta srca oz. t.i. »vektorja srca«, R polmer
sfere in θ kot med točko opazovanja in smerjo »vektorja srca«. Enačbo (13) lahko zapišemo
tudi v vektorski obliki, in sicer kot skalarni produkt:
A M OAΦ = ⋅vv
, (13)
kjer je AOϖ
vektor, ki poteka od sredine »vektorja srca« proti neki izbrani točki na sferi in
oklepa kot θ s smerjo dipola, pri čemer je magnituda vektorja manjša, če je polmer sfere
večji. OA je namreč:
25
2
3 1 1
4OA
Rπ σ= , (14)
kjer je σ prevodnost prsnega koša in R polmer sfere, ki predstavlja prsni koš. Konica
vektorja AOϖ
potemtakem za vse kote θ oriše sfero, ki je koncentrična sferi, ki predstavlja
prsni koš, kakor je prikazano na sliki 12. V primeru, da si na tej isti koncentrični sferi
izberemo drugo točko B, kakor je prikazano na sliki 12, znaša potencial v tej točki
B M OBΦ = ⋅v v
.
Slika 12: »Vektor srca« ter vektorji izbranih točk A in B.
Potencialna razlika med točkama A in B, ki sta prikazani na sliki 12, znaša
( )AB A B ABV M OA M OB M OA OB M L= Φ − Φ = ⋅ − ⋅ = ⋅ − = ⋅uuuv uuuv uuuv uuuvv v v v v
. (15)
Razlika potencialov med točkama A in B je preprosto skalarni produkt med »vektorjem srca«
( Mϖ
) in vektorjem ABLv
, ki predstavlja vektor, ki je vzporeden vektorju med dvema točkama
na površini telesa, kjer sta priključeni elektrodi. Položaj dveh elektrod na površini telesa
imenujemo tudi odvod. Ker se smer in velikost »vektorja srca« ( Mϖ
) s časom spreminjata, ko
se depolarizacija širi po srcu, se na ta način med dvema fiksnima točkama na sferi spreminja
tudi razlika električnih potencialov oz. električna napetost (VAB), ki jo lahko izmerimo. V
danem trenutku bo napetost med točkama A in B (VAB) enaka projekciji trenutnega »vektorja
26
srca« ( Mϖ
) na vektor ABLuv
. Diagram te napetosti med dvema točkama na telesu v odvisnosti
od časa pa imenujemo elektrokardiogram, skrajšano EKG. Tudi enote vseh fizikalnih količin
se skladajo, kajti če je enota količine Muuv
[Am] in količine ABLuv
[Ω/m], potem je enota za
napetost VAB [AΩ=V].
Shematsko so projekcije »vektorja srca« na stranice t.i. Einthovnovega trikotnika (ko so
elektrode priključene na levo in desno roko ter levo ali desno nogo) prikazane na sliki 10, kjer
je poleg projekcij narisan tudi tipičen EKG diagram za posamezni odvod. Na sliki 13 je še
enkrat na malo bolj šaljiv način prikazan Einthovnov trikotnik, kjer pomenijo oznake LA –
leva roka (angl. left arm), RA – desna roka (right arm), LL – leva noga (angl. left leg). V
medicinski praksi se na telo preiskovanca lahko priključi do maksimalno 10 elektrod, pri
čemer se opazuje 12 odvodov oz. 12 napetosti. Najpogosteje opazovani odvod pa je 1. odvod,
to je tisti med levo (LA) in desno roko (RA).
Slika 13: Einthovnov trikotnik (LA – leva roka, RA – desna roka, LL – leva noga). Prirejeno
po [4].
Upoštevajoč enačbe (13) in (14) ter definicije napetosti na sferi (15), lahko zapišemo
napetosti posameznih odvodov kot:
27
( )I LA RA I
II II
III III
V M OLA M ORA M OLA ORA M L
V M L
V M L
= Φ − Φ = ⋅ − ⋅ = ⋅ − = ⋅
= ⋅
= ⋅
uuuuv uuuuv uuuuv uuuuvv v v v v
v v
v v, (16)
pri čemer velja:
I III IIV V V+ = , (17)
saj je I III IIL L L+ =uv uv uv
.
28
6. MERJENJE KRVNEGA TLAKA (PRETOČNOST SRCA, KRVNI TLAK, UPOR ŽILNEGA SISTEMA)
Arterijski krvni tlak je tlak, s katerim levi ventrikel potisne kri iz srca po krvožilnem sistemu.
Povišanje arterijskega tlaka lahko zaznamo z blagim stiskom arterije na roki (radialni pulz).
Vendar pa krvni tlak ni konstanten. Pri vsakem srčnem ciklu arterijski krvni tlak zavzema
vrednosti med t.i. sistoličnim in diastoličnim tlakom [8]. Sistolični krvni tlak označuje
najvišjo vrednost arterijskega krvnega tlaka, ki nastopi v začetni fazi krčenja ventriklov.
Diastolični krvni tlak predstavlja minimalni krvni tlak, ki nastopi tik pred sistoličnim, ko se
ventrikli polnijo s krvjo. Normalna vrednost sistoličnega tlaka pri zdravem človeku znaša med
90 mmHg in 135 mmHg (12 kPa do 18 kPa), vrednost diastoličnega tlaka pa med 50 mmHg
in 90 mmHg (7 kPa do 12 kPa).
Zaradi težjega telesnega napora lahko sistolični tlak doseže vrednost tudi do 200 mmHg.
Povišan krvni tlak ima oseba, ki ima v mirovanju izmerjen tlak večji od 90 mmHg/140 mmHg
[7].
Leta 1905 je Nikolai Korotkov glede na šume (zvoke), ki so slišni s stetoskopom med
meritvami krvnega tlaka, zapisal pravila za določanje sistoličnega in diastoličnega tlaka. Ti
zvoki so posledica turbulentnega toka krvi, ki nastaja za mestom zožitve žile. Med merjenjem
krvnega tlaka namreč prekinemo tok krvi po žilah, ki se ob postopnem zmanjševanju tlaka v
manšeti zopet deloma vzpostavlja, kar povzroči turbulentni tok v trenutku, ko za kratek čas
kri prodre skozi žilo. Udarce turbulentnega toka krvi ob steno žile za zožitvijo zaznamo s
stetoskopom. Zvoke v času spreminjanja tlaka v manšeti od tlaka, ki je višji od sistoličnega pa
do tlaka, ki je nižji od diastoličnega, je Korotkov razdelil na 5 faz (slika 14). Vsaka izmed faz
ima značilno jakost in kvaliteto zvokov. Prvi zvoki so slišni, ko se tlak v manšeti izenači s
sistoličnim tlakom, zadnji pa, ko tlak v manšeti pade pod diastolični tlak, čeprav včasih
slišimo rahle zvoke še takrat, ko je tlak v manšeti že pod vrednostjo diastoličnega tlaka,
vendar so ti zvoki tišji in bolj zamolkli. To je posledica rahlega turbulentnega toka zaradi
deformacije žile po tem, ko je bila dalj časa stisnjena. Žila namreč vzpostavi svojo prvotno
obliko šele čez nekaj minut. Prav zaradi tega razloga tudi ne smemo meritve tlaka večkrat
zaporedno izvajati, temveč moramo med posameznimi meritvami nekaj minut počakati.
29
Slika 14: Shematska ilustracija srčnih šumov (zvokov). Povzeto po [19].
Korotkove faze srčnih zvokov:
1. Faza – zvok v obliki potrkavanj. V prvi fazi, ko je tlak v manšeti večji od sistoličnega
tlaka, kri ne more teči po arteriji. Posledično ne slišimo nobenih zvokov. Ko tlak v
manšeti zmanjšamo, s stetoskopom občasno zaslišimo glasen zvok v obliki potrkavanj,
in sicer v trenutku, ko se tlak v manšeti izenači s sistoličnim tlakom. V splošnem krvni
tlak niha med sistoličnim in diastoličnim tlakom, v sistoli je tlak dovolj velik, da prisili
odprtje arterije in tako omogoči kratkotrajen pretok krvi skozi arterije, ki jih stiska
manšeta. V fazi, ko pa je krvni tlak manjši od tistega v manšeti, pa se arterijske stene
spet zaprejo. Ker je arterija odprta zelo kratek čas in je odprtje minimalno, je zaradi
majhnega preseka žile hitrost krvi skozi njo zelo velika. Na mestu za manšeto, kjer je
žila razširjena pride zaradi tega do izrazito turbulentnega toka krvi. To udarjanje krvi
ob stene žile slišimo s stetoskopom kot nekakšno potrkavanje.
2. Faza – sikajoč zvok. Za to fazo je značilen daljši sikajoči zvok, ki nastane zaradi
daljšega trajanja pretoka krvi skozi žilo kot v prvi fazi. Če tlak v manšeti prehitro
zmanjšujemo, tega zvoka sploh ne zaznamo, temveč zaznamo kar zvok naslednje faze.
3. Faza – hrapav zvok. Ta zvok je zelo podoben tistemu v prvi fazi.
4. Faza – doneč zvok. V tej fazi nastane doneč zvok, ki pojenja z jakostjo in se v končni
fazi povsem prekine ali pa spremeni v bolj zamolkel zvok. Obdobja, ko je žila zaprta
so sedaj zelo kratka, zato so faze turbulentnega gibanja krajše. Tok je bolj laminaren.
Ob koncu te faze, ko nastopi tišina oz. ko zvok postane bolj zamolkel in tih, odčitamo
na manometru diastolični tlak.
5. Faza – tišina ali zamolkel tih zvok. Za to fazo je značilno, da zvoki prenehajo ali pa
slišimo zelo tih zamolkel zvok, ki pa je po tonu precej nižji od zvoka, ki ga slišimo v
četrti fazi. Tok krvi je zopet bolj ali manj laminaren [19].
30
Kot mejnik novejše zgodovine merjenja krvnega tlaka štejemo merilnik, ki ga je leta 1896
predstavil Scipione Riva-Rocci. Živosrebrni manometer (kot so ga uporabljali včasih) je bila
merilna priprava, ponavadi sestavljena iz steklene cevke v obliki črke U napolnjene s Hg, kot
prikazuje slika 15. Leva stran je s cevjo priključena na manšeto, desna stran pa je odprta.
Razlika med tlakoma na gladini levega in desnega kraka U – cevi je znašala npr 120 mmHg
(pri normalnem sistoličnem krvnem tlaku). Vrednost 120 mmHg torej dejansko pomeni
višinsko razliko med gladinama živega srebra v stolpcih U cevi. Zaradi takega načina
merjenja tlaka so vrednosti krvnega tlaka izražali kar v mmHg, kar se je obdržalo še vse do
danes. Vrednost krvnega tlaka dejansko izračunamo po enačbi:
ghp ρ= , (11.)
kjer h predstavlja višinsko razliko med obema gladinama živega srebra v stolpcih U cevi, ρ
gostoto živega srebra ( 33
13,6 10kg
m⋅ ) ter g težni pospešek. Izračunana vrednost krvnega tlaka
je podana v pascalih [1 Pa = 1 N/m2].
Slika 15: Shematski prikaz merjenja krvnega tlaka z U-cevjo. Zračni tlak znaša 760 mmHg,
krvni tlak 120 mmHg, kar predstavlja razliko med tlakoma v levem in desnem kraku U-cevi
[18].
Prvi uporabnejši in natančnejši instrumenti za merjenje krvnega tlaka pa so bili razviti v prvih
dvajsetih letih dvajsetega stoletja. Tradicionalni merilniki z odprto U-cevjo so počasi izginjali
iz uporabe zaradi škodljivosti živega srebra (živo srebro je namreč zaradi odprtega sistema
31
izhlapevalo), nadomestili pa so jih novejši – zaprti manometri, pri katerih je živo srebro varno
zaprto brez možnosti izteka.
Eden izmed mnogih manometrov za merjenje krvnega tlaka je tudi t. i. aneroid (slika 16), ki
ga sestavlja kovinska posodica, iz katere so izsesali tlak. Čim večji je zunanji tlak, tem bolj se
stena posodice stisne, preko vzvodov pa se tlak prikaže na zaslonu kot premik kazalca.
Slika 16: a) Aneroid – prečni prikaz. b) Aneroid kot je v uporabi pri merilnikih krvnega tlaka
[20].
Zaradi umika živega srebra je bila tudi spremenjena merska enota za krvni tlak iz mmHg
(milimetrov živega srebra) v priročnejšo znanstveno argumentirano enoto kPa (kilo pascal –
po mednarodnem sistemu merskih enot – SI). Vendar se enota mmHg še vedno uporablja v
medicini kot enota za merjenje krvnega tlaka. Naslednja razpredelnica (tabela 3) prikazuje
zaokroženo primerjavo enot mmHg in kPa.
Dandanes poznamo več tipov merilnikov krvnega tlaka:
- ročni merilniki,
- avtomatski merilniki in
- polavtomatski merilniki.
32
Tabela 3: Zaokrožena primerjava enot (mmHg in kPa; 1 kPa = 7,6 mmHg).
mmHg kPa
1 0,13
5 0,6
10 1,3
50 6,6
80 10,7
90 12,0
100 13,3
110 14,7
120 16,0
130 17,3
140 18,7
150 20,0
160 21,3
170 22,7
180 24,0
Sestavni deli ročnih merilnikov za mejenje krvnega tlaka so stetoskop (slušalka), napihljiva
manšeta in prikazovalnik krvnega tlaka. Pri merjenju moramo ročno napihniti manšeto na
nadlahti ter z ventilom enakomerno in počasi zniževati tlak v manšeti (2–3 mmHg na
sekundo). Krvni tlak izmerimo s poslušanjem zvokov nad arterijo na nadlakti (nad komolčno
kotanjo, kot prikazuje slika 18). Avtomatski merilniki so sestavljeni iz manšete in merilnika,
ki zazna krvni tlak in srčni utrip. S pritiskom na tipko sprožimo samodejno napihovanje
manšete in s tem meritev krvnega tlaka ter srčnega utripa. Avtomatski merilniki merijo krvni
tlak na nadlakti, podlakti ali na prstu. Najnatančnejši so merilniki, ki merijo krvni tlak na
nadlakti. Merilniki na podlakti in na prstu niso natančni, saj so zelo občutljivi na položaj
manšete in telesno temperaturo. Cenejši izdelki so precej nenatančni, še posebej pri starejših
ljudeh in pri ljudeh z žilnimi boleznimi (npr. ateroskleroza). Pri polavtomatskih merilnikih
moramo manšeto napihniti ročno, naprave pa samodejno izpuščajo zrak iz manšete in merijo
krvni tlak ter srčni utrip.
33
a) b)
Slika 17: a) Ročni merilnik za merjenje krvnega tlaka. b) Avtomatski merilnik za merjenje
krvnega tlaka. Povzeto po [14].
Polavtomatski in avtomatski merilniki (slika 17 b) so nenatančni ali ne izmerijo krvnega tlaka
pri nepravilnem srčnem utripu (aritmijah). Avtomatski merilniki imajo težave, če je srčni utrip
pospešen ali pri majhnem pulznem tlaku (pulzni tlak je razlika med sistoličnim in
diastoličnim tlakom).
Slika 18: Prikaz pravilne namestitve stetoskopa in manšete pri merjenju krvnega tlaka z
ročnim merilnikom. Povzeto po [21].
Za pravilno in natančno merjenje krvnega tlaka moramo upoštevati naslednja pravila:
- Pred začetkom merjenja se je potrebno umiriti – oseba, kateri izmerimo krvni tlak,
mora mirovati vsaj 5 minut.
- Meritev vedno opravljamo pred jedjo (ne na poln želodec), vsak dan približno ob
istem času. S tem se izognemo različnim nihanjem krvnega tlaka.
34
- Manšeto napihnemo tako, da merilnik pokaže okoli 20 mm Hg do 40 mm Hg višji tlak
od tistega, ki ga pričakujemo.
- Zrak postopoma spuščamo iz manšete (2–3 mmHg na sekundo).
- Če uporabljamo stetoskop, ob prvem zvoku odčitamo zgornji oz. sistolični krvni tlak,
nato postajajo zvoki zamolkli in vse tišji ter končno neslišni. Takrat odčitamo spodnji
oz. diastolični tlak. Spodnji tlak zabeležimo med četrto in peto fazo, kot prikazuje
slika 14.
- Med dvema zaporednima meritvama naj mine nekaj minut, da se krvne žile ponovno
razširijo, sicer bo druga meritev drugačna od prve. Tretja zaporedna meritev krvnega
tlaka je že nenatančna.
- Zavedati se moramo, da tlak normalno niha, še posebej, če smo pod stresom ali pa če
se okrog nas kaj dogaja, zato ni nujno, da pri vsakem merjenju dobimo enak rezultat.
35
7. FONOGRAFIJA S pomočjo medicinskega pripomočka – stetoskopa lahko poslušamo šume, ki jih oddajajo
srce, pljuča ter kri pri pretakanju po žilah [16]. Le-ti so eni od bolj pomembnih dejavnikov pri
kliničnih preiskavah srca.
Opisali smo že, da do šumov prihaja zaradi turbulentnega toka krvi, pri čemer kri udarja ob
stene žile. Pri poslušanju bitja srca lahko s pomočjo stetoskopa slišimo dva normalna šuma.
Prvi šum (S1 ali »lub« v navezi »lub-dub«) nastane v trenutku zaprtja mitralnih in
triskuspidalnih zaklopk med atriji in ventrikli. To se zgodi v začetku sistole v ventriklih oz. ob
začetku kontrakcije ventriklov, ko se volumen krvi v ventriklih prične zmanjševati, kar je
prikazano na sliki 19. Drugi šum (S2 oz »dub« v navezi »lub-dub«) pa nastane, ko se zapreta
aortna zaklopka in zaklopka pljučnega debla, do česar pride ob koncu sistole v ventriklih oz.
ob začetku relaksacije ventriklov, ko je volumen krvi v ventriklih najmanjši. Do zaprtja
zaklopk pride, ker se ventrikla izpraznita, tlaka v aorti in pulmonarni arteriji pa narasteta nad
vrednost tlaka v ventriklih, zaradi česar se tok krvi kratkotrajno obrne in tako zapre zaklopki.
Aortna zaklopka se zapre malo pred zaklopko pljučnega debla, zato je šum S2 sestavljen iz
dveh delov, česar pa podrobneje ne bomo obravnavali.
Zgoraj opisani šumi so normalni. Bolezenski šum pa je tisti, ki bi nastal, če bi npr. obstajala
odprtina v mitralnih oz. triskupidalnih zaklopkah (t.j. zaklopkah med atriji in ventrikli). V tem
primeru bi ob krčenju ventriklov kri tekla nazaj v atrije. Ker je odprtina v teh zaklopkah
ponavadi zelo majhna, teče kri skoznjo z veliko hitrostjo, nakar se na strani atrijev zavrtinči in
udarja ob stene atrijev, kar ustvari t.i. šum na srcu.
Eden izmed načinov za merjenje in opazovanje šumov je snemanje zvokov z mikrofonom ter
njihovo grafično prikazovanje (v našem primeru na računalniškem zaslonu). Takšen način
prikazovanja imenujemo fonokardiogram (slika 19). Na x-osi je nameščen čas, na y-osi pa
napetost, ki predstavlja jakost (intenziteto) zvoka. Poleg fonograma sta na sliki 19 prikazana
še časovna odvisnost volumna krvi v ventriklih in EKG. S primerjave krivulj lahko izluščimo
naslednje ugotovitve:
- ventrikli se pričnejo krčiti v času segmenta ST;
- v času vrha T je krčenje ventriklov najizrazitejše (ko je naklon rdeče krivulje najbolj strm),
- v istem trenutku sta največja tudi tlak in hitrost krvi po žilah;
36
- maksimalna kontrakcija ventriklov zaostaja reda velikosti 100–200 ms (kolikor približno
traja segment ST) za trenutkom depolarizacije ventriklov;
- v fazi mirovanja srca se ventrikli počasi polnijo s krvjo, nakar se ob kontrakciji atrijev še
dodatno napolnijo.
Slika 19: Hkratni prikaz časovne odvisnosti ventrikularnega volumna (rdeča krivulja),
elektrokardiograma (modra krivulja) in fonograma (siva krivulja). Prirejeno po [17].
37
8. REZULTATI MERITEV IN DISKUSIJA
REZULTATI merjenja EKG Po navodilih, ki so dodana v prilogi 1, smo izmerili EKG. Rezultat ene meritve je prikazan na spodnji sliki 20.
Slika 20: Meritev – graf EKG
Z grafa smo odčitali razliko napetosti med vrhom R in mirovnim stanjem srca, ki znaša 0,6
mV ob upoštevanju 100-kratnega ojačanja. Čas trajanja intervala P–R znaša približno 0,2 s,
intervala QRS 0,1 s, intervala Q–T 0,4 s in segmenta S–T 0,1 s. Izmerjeni rezultati so
primerljivi z rezultati iz tabele 2.
Izmerjen nihajni čas (t0) je 820 ms (meritev prikazana na sliki 20). Trenutno frekvenco bitja
srca izračunamo iz enačbe
0
1
ttrenutna =ν , (18)
s pomočjo katere izračunamo frekvenco srčnega utripa 73 udarcev na minuto. Povprečno
frekvenco na celotnem časovnem intervalu meritve izračunamo s pomočjo enačbe
Nt
N=ν , (19)
kjer je N število srčnih utripov v izbranem časovnem intervalu tN. Iz meritve na časovnem
intervalu 20 s (izsek le-te je prikazan na sliki 20) je izračunana povprečna frekvenca 74
38
udarcev na minuto. Segment P–R je v izoelektični črti, prav tako začetek S–T segmenta.
Začetki in konci intervalov P–R, QRS in QT so prav tako lahko določljivi in sovpadajo z
izoelektrično črto (slika 20).
REZULTATI merjenja krvnega tlaka Po navodilih za merjenje tlaka, ki so podana v prilogi 2, smo izmerili tlak. Rezultat meritve
prikazuje slika 21. Na diagramu je prikazana odvisnost tlaka v manšeti od časa. Tlak v
manšeti smo postopno zmanjševali tako, da smo narahlo odprli ventilček v manšeti. Na
krivulji opazimo rahlo nihanje tlaka, ki je posledica občasnega toka krvi skozi žilo. Najvišja
vrednost tlaka, pri kateri se to nihanje začne, je sistolični tlak, vrednost, pri kateri pa se
nihanje tlaka v manšeti očitno zmanjša, pa je diastolični tlak. V našem primeru je bil
sistolični krvni tlak malo nad 120 mmHg, diastolični pa malo pod 80 mmHg. Skoraj povsem
enake vrednosti smo izmerili tudi z meritvijo s stetoskopom. Za razliko od sistoličnega tlaka
je vrednost diastoličnega tlaka precej zahtevno izmeriti. Ker na podoben način merijo tlak tudi
avtomatski merilci krvnega tlaka, so pri takih meritvah vrednosti precej nenatančne.
Slika 21: Tipičen rezultat meritve merjenja tlaka z merilnikom Cobra3.
39
REZULTATI istočasne meritve EKG in fonografije
Tipičen rezultat meritve pri vaji fonogram in elektrokardiogram (slika 22). Izračun frekvence
bitja srca (s pomočjo enačbe 19) se mora ujemati (slika 23).
Slika 22: A) Elektrokardiogram in B) istočasno izmerjen fonogram. Na sliki je označen izsek,
ki je prikazan na sliki 23.
Slika 23: Povečan izsek iz slike 22. Navpični črti prikazujeta začetek sistole ter konec sistole
(začetek diastole). Z modro prekinjeno črto je označen čas najvišje hitrosti krvi, ki v tem
trenutku brizgne po žilah.
40
Segmenta PQ in ST sta v izoelektrični črti. Izmerjeni EKG ima tipično obliko, iz katere se da
določiti ključne elemente: začetek sistole, konec sistole ter območja P, Q, R, S in T. Bistvena
ugotovitev je sovpadanje rezultatov EKG in fonografije.
Določimo lahko trenutno in povprečno frekvenco bitja srca (glej REZULTATI merjenja EKG
– slika 20 in enačba 19). Povprečna in trenutna frekvenca bitja srca pri človeku ki miruje je
manjša, v primerjavi z rezultati meritve po lažjem telesnem naporu (npr. 20 počepih).
41
9. ZAKLJUČEK
V diplomski seminarski nalogi smo na kratko predstavili delovanje srca, nastanek in širjenje
akcijskega potenciala po srcu in razlago procesa depolarizacije mišične celice. Predstavili smo
elektrokardiografijo kot metodo za opazovanje, merjenje in primerjanje sprememb v srcu. Z
vmesnikom Cobra 3 in bio-ojačevalnikom smo izmerili EKG, pri čemer smo ugotovili, da je z
navedeno napravo možno prikazati primerljiv elektrokardiogram, ki pa najverjetneje ni tako
natančen, da bi bilo z njim možno opravljati kakršnekoli medicinske raziskave.
Teoretično smo opisali osnove merjenja krvnega tlaka, delovanje merilnika krvnega tlaka ter
Korotkove šume, ki nastajajo pri njegovem merjenju. Krvni tlak smo izmerili s klasično
metodo Riva-Rocci ter s senzorjem za tlak, povezanim na računalnik preko vmesnika
Cobra 3.
Opravili smo tudi preprosto meritev fonografije, ki bi jo lahko učenci v šoli izvajali in tudi
hkratno merili meritev EKG. Iz primerjave obeh diagramov lahko ugotovimo, v katerem
trenutku je hitrost krvi po žili največja. S poznavanjem EKG in njegovega nastanka lahko
ugotovimo, da maksimalna kontrakcija ventriklov zaostaja za trenutkom depolarizacije
ventriklov za približno 200 ms.
V diplomski seminarski nalogi spoznamo, da z uporabljeno opremo razmeroma hitro pridemo
do rezultatov, poraja pa se vprašanje o njihovi natančnosti. Meritev EKG je močno odvisna od
kvalitete ojačevalnika in elektrod, medtem ko je metoda merjenja tlaka zelo odvisna od
natančnosti senzorja in same metode merjenja, ki ni najbolj natančna. Meritev fonograma je v
našem delu bolj informativne narave, saj jo je v okviru šolskih meritev smiselno izvesti zgolj
na zapestju ali na vratu, s čimer pa ne moremo določiti srčnih šumov ob zaprtju zaklopk,
temveč samo šume, ki nastanejo pri povečanem pretoku krvi skozi žilo – t.j. v sistoli.
Omenjeni rezultat pa žal nima posebnega pomena pri diagnosticiranju bolezni. Ugotavljamo
tudi, da bi morale biti merilne naprave in metode za uporabo v medicini še bolj sofisticirane
in posebej za to prirejene, da bi bile meritve dovolj natančne in zanesljive. Kljub vsemu pa ta
naloga daje vpogled v kompleksnost in interdisciplinarnost predstavljenih vsebin, ki so
potrebne za razlago in razumevanje teh kompleksnih pojavov, saj je za to potrebno tako
znanje iz fizike kot anatomije in fiziologije. V nalogi smo sledili temu cilju in skušali na
42
razumljiv in enostaven način predstaviti vsebine iz vseh omenjenih področij, tako da bi
tematiko razumeli študenti fizike, biologije, medicine in zdravstvenih ved.
43
LITERATURA
1. F. Čustovic, Klinička Kardiologija (Medicinska naklada, Zagreb, 1995).
2. M. Pocajt in A. Širca, Anatomija in fiziologija (DZS, Ljubljana, 2001).
3. B. Anselme, E. Perilleux in D. Richard, Biologija človeka: Anatomija, fiziologija,
zdravje (DZS, Ljubljana, 1999).
4. R. G. Mark, Principles of cardiac electrophysiology (Massachusetts institute of
technology, Skripta za interno rabo, 2004).
5. R. G. Mark, Chlinical electrocardiography and arryhthmias (Massachusetts institute
of technology, Skripta za interno rabo, 2004).
6. A. Faller, The human body (TPG, Stuttgart, 2004).
7. S. Stankovič, Biofizika: Odabrana poglavlja za studente medicine in stomatologije
(Medicinski fakultet, Novi Sad, 1986).
8. M. Bresjanac in M. Rupnik, Patofiziologija s temelji fiziologije (Tiskarna Pleško,
Ljubljana, 2002).
SPLETNI NASLOVI:
9. http://www.m-ww.de/enzyklopaedie/diagnosen_therapien/ekg.html
10. http://www.ecglibrary.com/ecghome.html
11. http://robo.fe.uni-lj.si/~matijap/bts/ekg/predstavitev/index.html
12. http://mchip00.nyu.edu/student-org/erclub/ekgexpl0.html
13. http://www.vasotrac.com/medhistbp.htm
14. http://www.lek.si/slo/skrb-za-zdravje/srce-ozilje/merilniki/
15. http://www.abdn.ac.uk/medical/bhs/booklet/equipmen.htm
16. http://www.hhmi.org/biointeractive/vlabs/cardiology/content/dtg/ausc/ausc.html
17. http://en.wikipedia.org/wiki/Cardiac_cycle
18. http://members.aol.com/Bio50/LecNotes/lecnot16b.html
19. http://www.medphys.ucl.ac.uk/teaching/undergrad/projects/2003/group_03/how.html
20. http://www.bmj.com/cgi/content/full/322/7293/1043/Fu8
21. http://www.merck.com/mmhe/sec03/ch022/ch022a.html
22. http://butler.cc.tut.fi/~malmivuo/bem/bembook/index.htm
44
PRILOGE
45
PRILOGA 1: Vaja – Merjenje EKG
Naloga: 1. S pomočjo računalniškega vmesnika COBRA 3 in BIO-OJAČEVALNIKA izmerite EKG.
Izvedite dve meritvi.
2. Z diagrama razberite nihajni čas in določite frekvenco bitja srca po enačbi ( 0/1 t=ν ) in jo
izrazite v enotah min-1
.
3. Z diagrama določite razliko napetosti med vrhom R in mirovnim stanjem srca (pri tem
upoštevajte, da je signal ojačan).
4. Z diagrama odčitajte čas trajanja intervalov P–R, QRS, Q–T ter segmenta S–T ter jih
primerjajte s tipičnimi vrednostmi, ki so prikazane v tabeli 2.
5. Preverite ali sta segmenta PQ in ST v izoelektrični črti.
6. Preverite ali ima izmerjeni EKG tipično obliko. Če ne, komentirajte odstopanja.
Potrebščine:
- Cobra 3 (osnovna enota),
- podatkovni vodnik RS232,
- program za zajemanje podatkov PHYWE MEASURE,
- EKG elektrode (3 kosi),
- bio-ojačevalnik,
- gel za bioelektrične in ultrazvočne meritve,
- kabel za elektrode,
- podatkovni vodnik (2X; rdeč in moder),
- računalnik z ustrezno opremo.
Navodilo:
Računalniški merilni sistem Cobra3 je namenjen le meritvam v izobraževalne namene, zato
rezultati teh meritev niso uporabni za kakršnokoli klinično diagnozo. Sestavite vezje, kot je
prikazano na sliki 24. Vmesnik COBRA 3 priključite posredno preko usmernika (12 V),
bioojačevalnik pa direktno na omrežno napetost. Vmesnik mora biti povezan z računalnikom
46
preko podatkovnega vodnika. Bioojačevalnik in vmesnik povežite z vodnikoma, pri čemer na
vmesniku uporabite vhod ANALOG IN 2.
Slika 24: Skica vezja.
Podatke meritev zajemate s pomočjo programa PHYWE MEASURE. Poženite program
Phywe measure ter začnite novo meritev (new measurement). Da boste lahko diagrame
morebiti primerjali med seboj, upoštevajte naslednje nastavitve programa (v pomoč vam naj
bo slika 25):
a) beleženje vrednosti vsaki 2 milisekundi (get value every 2 ms);
b) konec meritve po 3000 izmerjenih vrednostih (end of measurement after 3000 values) (to
vrednost lahko poljubno spreminjate);
c) nastavitev analognega kanala 2 (Channels Analog in 2);
d) pričetek meritve s pritiskom na tipko (Start of measurement on key press);
e) razpon 0,1 V (range: analog in 2: ±0,1 V);
f) prikaz časa na osi x (X data: Time);
g) nastavitev simbola U (Symbol: U) in enote V (Unit: V).
47
Slika 25: Prikaz pogovornega okna programa phywe z nastavitvami.
Elektrode za merjenje EKG namažite z gelom in jih s pomočjo pasov pritrdite na notranje
strani leve in desne roke, ter nad levim gležnjem. Oseba, na kateri izvajate meritev, naj bo v
udobnem položaju z rokami na kolenih.
Priključite dovodne žice na elektrode. Rdeč priključek povežite z elektrodo desne roke,
rumen priključek z elektrodo leve roke, zelen priključek pa z elektrodo leve noge.
Pričnite z meritvijo, tako da kliknete na gumb Continue s poljubno tipko pa sprožite meritev.
Izvedite dve meritvi – enkrat, ko je oseba na kateri merimo sproščena in spočita, drugič pa po
obremenitvi npr. po 20. počepih.
48
PRILOGA 2: Vaja - Merjenje krvnega tlaka
Naloga:
Cilj vaje je izmeriti krvni pritisk s pomočjo vmesnika Cobra3.
Potrebščine:
- osnovna enota Cobra3,
- 12V priloženi omrežni vmesnik,
- RS232 podatkovni kabel,
- Programska oprema Cobra3 – Pressure,
- senzor za tlak,
- manšeta s prikazovalnikom krvnega tlaka,
- osebni računalnik z nameščenim okoljem Windows 98 ali novejši.
Priprava eksperimenta:
- sestavi merilnik kot je prikazano na sliki 26,
- priklopi modul za tlak v ustrezno vtičnico,
- priključi daljši del cevi merilnika (manšeta) v modul, krajši del pa v prikazovalnik.
Slika 26: Postavitev eksperimenta za vajo merjenje krvnega tlaka.
49
Potek eksperimenta:
- V okolju Windows prikliči uporabniški vmesnik Cobra3 measure.
- Kot meritveni instrument izberi Pressure module.
- Parametre meritve nastavi po spodnji sliki (slika 27).
- Umeri (calibrate) merilno napravo. Kot začetne vrednosti meritve izberi 0 mmHg ter
ustrezno temperaturo okolice. S tem odstranimo vplive tlaka in temperature okolice.
- Manšeto za merjenje krvnega tlaka namesti na levo roko, nad komolcem roke, tako da
cevke merilne naprave ne prekrivajo zgiba roke.
- S pomočjo zračne črpalke povečaj tlak v napihljivi manšeti za približno 20 mmHg do
40 mmHg nad pričakovano vrednost sistoličnega tlaka (120 mmHg do 140 mmHg pri
zdravem človeku srednjih let). Nato lahko začneš z meritvijo.
- Previdno odpri ventil in začni izpuščati zrak. S tem tlak v manšeti počasi pada. Ko tlak
pade pod 40 mmHg, lahko zaključiš z meritvijo. Na zaslonu računalnika se ti izriše
diagram krvnega tlaka v odvisnosti od časa.
- Poskus ponovi še dvakrat. Primerjaj dobljene rezultate.
Slika 27: Nastavitve parametrov meritve pri vaji – Merjenje krvnega tlaka.
50
PRILOGA 3: Vaja - Istočasna meritev EKG in Fonografija
Eksperimentalni cilj:
Istočasna meritev EKG in fonografija. Zvočno raziskovanje srčnega in žilnega sistema na
različnih mestih cirkulatornega sistema. Primerjava srčnega utripa v mirovanju in po lažji
telesni aktivnosti. Izračun frekvence srčnega utripa iz fonografa.
Naloga:
1. S pomočjo računalniškega vmesnika COBRA 3 in BIO-OJAČEVALNIKA izmerite EKG
in fonogram. Izvedite dve meritvi.
2. Preverite ali sta segmenta PQ in ST v izoelektrični črti.
3. Preverite ali ima izmerjeni EKG tipično obliko. Če ne, komentirajte odstopanja.
4. Izračunajte frekvenco srčnega utripa iz fonograma.
5. Določite začetek in konec sistole iz fonograma in elektrokardiograma
Potreben material:
- osnovna enota Cobra3,
- 12V priloženi adapter,
- RS232 podatkovni kabel,
- Programska oprema Cobra3 – Universal Recorder software,
- Zvočna sonda (mikofon),
- Cobra 3 (osnovna enota),
- Osebni računalnik z nameščenim okoljem Windows (Okna 95 ali novejši),
- EKG elektrode (3 kosi),
- bio-ojačevalnik,
- gel za bioelektrične in ultrazvočne meritve,
- kabel za elektrode,
- podatkovni vodnik (2X; rdeč in moder).
51
Priprava eksperimenta:
Sestavite eksperiment, kot je prikazano na sliki 28. Sestavite eksperiment po navodilih iz vaj
– vaja merjenje EKG in vaja Fonografija – v pomoč naj bosta slika 24 in slika 28.
Slika 28: Priprava eksperimenta – Fonografija.
Za pravilno in natančno merjenje krvnega tlaka moramo upoštevati naslednja pravila:
- Pred začetkom merjenja se je potrebno umiriti – oseba, kateri izmerimo krvni tlak,
mora mirovati vsaj 5 minut.
- Meritev vedno opravljamo pred jedjo (ne na poln želodec), vsak dan približno ob
istem času. S tem se izognemo različnim nihanjem krvnega tlaka.
- Manšeto napihnemo tako, da merilnik pokaže okoli 20 mm Hg do 40 mm Hg višji tlak
od tistega, ki ga pričakujemo.
- Zrak postopoma spuščamo iz manšete.
- Če uporabljamo stetoskop, ob prvem zvoku odčitamo zgornji ali sistolični krvni tlak,
nato postajajo zvoki zamolkli in vse tišji ter končno neslišni – spodnji ali diastolični
tlak. Spodnji tlak zabeležimo med četrto in peto fazo, kot prikazuje slika 14.
- Med dvema zaporednima meritvama naj mine nekaj minut, da se krvne žile ponovno
razširijo, sicer bo druga meritev nižja od prve. Tretja meritev krvnega tlaka
zaporedoma z manometrom je že nenatančna.
52
- Zavedati se moramo, da tlak normalno niha, zato ni nujno, da pri vsakem merjenju
dobimo enak rezultat.
Postopek izvajanja vaje:
- Za merjenje EKG naj bodo v pomoč navodila iz PRILOGE 1: Vaja – Merjenje EKG.
- Zvočno sondo nastavite na radialno arterijo, kot je prikazano na sliki 29. Mesto
meritve najlažje določimo tako, da potipamo. Da se izognemo nezaželjenim vplivom
okolice, poskusimo najti mesto meritve brez dlak.
- Meritve izmeri istočasno preko priključkov: EKG – analog in 2 ter fonogram – analog
in 1.
- Pripravite parametre meritve po sliki 30, pritisnite Continue ter z gumbom Start
pričnite z meritvijo.
- S pomočjo »zoom« ikone izberite del meritve tako, da zajamete vsaj deset srčnih
utripov. S tem določite fonokardiograme, ki bodo primerljivi med seboj.
- Vajo ponovite še po dvajsetih počepih. Namesto na roki lahko opravite tudi meritev na
drugem delu telesa (npr. na vratu).
- Iz fonokardiograma lahko izračunate frekvenco srca (število udarcev srca na minuto).
Primerjajte rezultat z ročnim merjenjem pulza na dlani (radialna arterija).
- Preverite srčni pulz ročno na dlani. Rezultat primerjajte s frekvenčno analizo EKG in
fonokardiograma.
Slika 29: Mesto merjenja pri vaji – fonografija. Merimo na istem mestu kot pri ročnem
merjenju frekvence srca. Namestitev mikrofona je ključnega pomena za dober rezultat.
53
Slika 30: Nastavitve vmesnika Cobra3.
Related Documents
