Elettrocardiografia Con il termine elettrocardiografia si intende lo studio dell’attività elettrica del cuore. L’attività elettrica viene registrata e il segnale rilevato rappresenta l’elettrocardiogramma (ECG). Lo strumento che consente il rilievo di questo segnale è l’elettrocardiografo.

Anatomia del cuore

Funzionalità del cuore (1) vena cava superiore vena polmonare arteria polmonare aorta valvola mitrale valvola tricuspide vena cava inferiore

Funzionalità del cuore (2) Il cuore è l’insieme di due pompe. Il sangue proveniente dalla vena cava superiore e dalla vena cava inferiore giunge nell’atrio destro, dal quale passando attraverso la valvola tricuspide viene spinto nel ventricolo destro. Dal ventricolo destro viene pompato nei polmoni per l’ossigenazione (piccola circolazione) attraverso l’arteria polmonare (valvola polmonare). Dai polmoni ritorna attraverso le 4 vene polmonari nell’atrio sinistro. Dall’atrio sinistro viene pompato attraverso la valvola mitrale nel ventricolo sinistro, che a sua volta contraendosi lo spinge nell’aorta (valvola aortica) per irrorare tutto il corpo (grande circolazione). La fase di riposo o di riempimento del cuore (atri o ventricoli) è chiamata diastole, mentre quella attiva o di pompaggio è chiamata sistole. Come è organizzata la conduzione dell’impulso che permette il ritmo cardiaco?

Funzionalità del cuore (3) L’impulso del ritmo cardiaco inizia nelle cellule del nodo senoatriale (SA), localizzato alla giunzione della vena cava superiore e l’atrio destro. Il nodo SA ha una depolarizzazione spontanea (pacemaker naturale) e si depolarizza 70-80 volte al minuto: battito cardiaco Il segnale elettrico che parte dal nodo SA produce la depolarizzazione del tessuto circostante e quindi la contrazione dei muscoli costituenti gli atrii. Il segnale si propaga fino al nodo atrioventricolare (nodo di Tawara) attraverso i tratti internodali anteriore, mediano e posteriore per giungere al fascio di His. Il nodo subisce un ritardo fisiologico….. Il fascio di His si suddivide in due rami (branca destra e branca sinistra) dai quali ha origine una fitta rete di fibre neuromuscolari che termina con la rete di Purkinje, che innerva le fibre muscolari cardiache del ventricolo destro e sinistro, provocandone la contrazione. Dopo la contrazione sia gli atrii che i ventricoli si ripolarizzano ed il processo si riavvia.

Funzionalità del cuore (4) L’atrio destro si contrae per primo, successivamente seguito dall’atrio sinistro. Tra gli atrii e i ventricoli vi è un setto elettricamente isolante che impedisce che la polarizzazione dell’atrio destro ecciti fuori tempo quella del ventricolo destro. I ventricoli si contraggono solo dopo che la stimolazione elettrica raggiunge il nodo AV. Il ventricolo sinistro è l’ultimo a contrarsi. Gli eventi elettrici coordinati appena descritti sono intrinseci al cuore stesso! Il sistema di conduzione dell’impulso costituisce solo una piccola porzione della massa muscolare totale del cuore (atrii, ventricoli e setto).

Comportamento elettrico delle cellule cardiache Nel cuore si trovano diversi tipi di tessuti (tessuti dei nodi SA e AV, tessuti atriali, ventricolari e di Purkinje) che mostrano un proprio caratteristico potenziale d’azione. potenziali d’azione contributo dell’attività elettrica dei vari tessuti Il sistema di conduzione del cuore: nodo SA – muscolo atriale – nodo AV - fascio di HIS – HIS branca destra e branca sinistra – fibre di Purkinje – muscolo ventricolare traccia ECG (1-5 mV)

Cellule ventricolari Il miocardio ventricolare è composto da milioni cellule singole (15x14x150 mm). Ciascuna cellula contiene un nucleo e molti miofibrilli che seguono l’asse della cellula e costituiscono la macchina contrattile della fibra. Le cellule sono circondate da una membrana plasmatica che consente un intimo contatto (sia meccanico che elettrico) tra le cellule attraverso i dischi intercalati. Grazie a tale connessione il muscolo del cuore può considerarsi come una unica unità (sincizio funzionale).

Cellule ventricolari: potenziali d’azione Prima dell’eccitazione la cellula ventricolare ha un potenziale di riposo di circa -90 mV. La iniziale depolarizzazione ha un velocità di salita usualmente maggiore di 150V/s. Si ha una rapida ripolarizzazione iniziale, che instaura un plateau (depolarizzato) della durata di circa 200-300 ms. Al termine del plateau si ha una fase di ripolarizzazione che riporta il potenziale della membrana al potenziale di riposo. La durata della forma d’onda del potenziale d’azione è indicata come sistole elettrica, mentre la fase di riposo è indicata come diastole elettrica. La depolarizzazione iniziale al nodo SA viene determinata dagli scambi ionici (sodio, calcio, potassio) ATP dipendenti attraverso la membrana cellulare.

Attivazione ventricolare L’attivazione ha luogo inizialmente sulla superficie del setto del ventricolo sinistro.

Potenziali alla superficie del corpo L’attivazione precedente produce delle linee chiuse di corrente nel volume conduttore torace (puramente passivo). Elettrocardiogramma (ECG): potenziali misurati sulla superficie del torace. Punti A e B sono punti di osservazione arbitrari, RAB la resistenza tra di essi, RT1 e RT2 rappresentano le resistenze del mezzo toracico. Il potenziale ECG è A - B, dove le singole tensioni sono misurate rispetto ad un potenziale di riferimento.

La traccia ECG (1) Fenomeno Elettrico depolarizzazione ripolarizzazione Fenomeno Meccanico sistole (contrazione) diastole (rilassamento) Onda P: depolarizzazione atriale Complesso QRS: depolarizzazione ventricolare, che maschera la ripolarizzazione atriale Onda T: ripolarizzazione ventricolare Intervallo P-R: dovuto al ritardo di conduzione nel nodo AV Intervallo T: durata media della regione di plateau delle cellule ventricolari

La traccia ECG (2) Intervallo PQ Impulso SA Depolar atrii Intervallo PQ Misura convenzionale del tempo di conduzione atrio-ventricolare Una sua eccessiva lunghezza può essere sintomo di blocco cardiaco. Nodo SA  Nodo AV velocità di conduzione è circa di 1 m/s ventricoli velocità di conduzione si abbassa di circa 0.1 m/s Funzionano come una linea di ritardo

La traccia ECG (3) Complesso QRS Depolarizzazione ventricolare ventricoli Complesso QRS Depolarizzazione ventricolare La durata del complesso è indicativa della grandezza del cuore

La traccia ECG (4) Segmento ST ripolarizz ventricoli Segmento ST Il livello di tale segmento indica il livello di irrorazione sanguigna del muscolo cardiaco. Un “disassamento” indica insufficienza coronarica. Tale segmento viene studiato per le patologie ischemiche.

Il suo inverso è la frequenza cardiaca (70 - 80 bpm) La traccia ECG (5) Intervallo RR sistole diastole Segmento TP: linea di base della traccia ECG o isoelettrica Intervallo R-R Periodo cardiaco Il suo inverso è la frequenza cardiaca (70 - 80 bpm)

Elettrocardiografo (1) ua1 a2 a1 M +  L’attività elettrica del cuore è rappresentata da un vettore dipolo elettrico, che varia nel tempo la sua ampiezza ed il suo orientamento, dando luogo ad un campo elettrico variabile. Ponendo due elettrodi sulla superficie del corpo, si rileva una differenza di potenziale che varia nel tempo seguendo le contrazioni cardiache. L’andamento nel tempo (ampiezza e forma) dipenderà dai due punti in cui sono posizionati gli elettrodi.

Elettrocardiografo (2) ua1 a2 a1 M +  Derivazione elettrocardiografica: una coppia di elettrodi posizionati in alcuni punti convenzionali del corpo. Per il vettore M, il potenziale va1 indotto in una derivazione di direzione a1 è dato da: va1 = M cos Si ha cioè una grandezza scalare che rappresenta la proiezione del vettore M, nella direzione individuata dai due elettrodi che costituiscono la derivazione.

Derivazioni fondamentali (di Einthoven) Piano frontale Elettrodi bipolari RA Right Arm LA Left Arm RL Right Leg LL Left Leg Triangolo di Einthoven I derivazione VLA-VRA=VI II derivazione VLL-VRA=VII III derivazione VLL-VLA=VIII polso destro polso sinistro VI + VIII = VII caviglia sinistra Einthoven (premio Nobel 1924) introdusse il primo ECG nel 1903

Derivazioni aumentate (di Goldberger) (1) Proiezione del vettore cardiaco sui lati di un triangolo equilatero ruotato di 30° in senso antiorario Terminale centrale di Wilson R=100 k Piano frontale Elettrodi unipolari W aVR, aVL, aVF

Derivazioni aumentate (di Goldberger) (2) Piano frontale Elettrodi unipolari aVR=VRA-VW=VRA -½(VLL+VLA) aVL=VLA-VW=VLA -½(VLL+VRA) aVF=VLL-VW=VLL -½(VLA+VRA) aVR= -½(I+II) aVL= ½ ( I-III) aVF= ½(II+III)

Derivazioni precordiali 6 derivazioni unipolari tra ciascuno dei 6 punti sul torace e il terminale centrale di Wilson Piano trasversale Elettrodi unipolari

disposte secondo uno schema di: ECG clinico (1) 12 DERIVAZIONI STANDARD disposte secondo uno schema di: 3+3+6 3 derivazioni di Einthoven (I, II, III) 3 derivazioni di Goldberger (aVR, aVL, aVF) 6 derivazioni precordiali (V1, V2, V3, V4, V5, V6) Direzione del vettore dipolo V: asse elettrico cardiaco () Significato diagnostico: 0 <  < 90 in condizioni normali. Deviazione verso sinistra:  < 0 Deviazione verso destra:  > 90

ECG clinico (2)

Ritmi cardiaci (1) Battiti originano nel nodo SA. In condizioni normali: ~ 70 battiti per minuto (bpm) Bradicardia: rallentamento del numero dei battiti (durante il sonno) Tachicardia: aumento del numero dei battiti (emozioni, esercizi fisici, febbre) Chi può provocare un funzionamento anomalo? Tutti i tessuti e fibre che hanno una loro ritmicità: tessuti atriali, tessuti nodali, fibre di Purkinje, fascio di His Perdita di sincronia tra i vari tessuti

Blocco Atrioventricolare Ritmi cardiaci (2) Blocco Atrioventricolare (a) Blocco cardiaco completo: le cellule del nodo AV sono morte e l’attività elettrica non può trasferirsi dall’atrio ai ventricoli. Atrii e ventricoli battono indipendentemente (dissociazione atrioventricolare). I ventricoli subiscono una stimolazione ectopica (fuori dal normale). (B) Blocco AV quando il nodo è malato: malattie reumatiche e infezioni virali del cuore. Gli stimoli elettrici passano dagli atrii ai ventricoli, ma sono fortemente ritardati nel nodo AV. Blocco cardiaco di primo grado.

Blocco Atrioventricolare Ritmi cardiaci (3) Blocco Atrioventricolare Blocco cardiaco di secondo grado: non tutti gli impulsi atriali giungono ai ventricoli (blocco 2:1, blocco 3:1, ….) Fenomeno di Luciani e Wenckebach: intervallo P-R si allunga sempre più, finché l’impulso non riesce ad essere condotto. Il primo impulso condotto dopo l’arresto del cuore ha un intervallo P-R più corto (a volte di lunghezza normale) di tutti gli altri. Il processo di allungamento dell’intervallo P-R riprende…..Periodo di Wenckebach: inizia con una pausa ventricolare e termina con il successivo battito atriale bloccato: il tipo di blocco è determinato dal rapporto tra le onde P e i complessi QRS nei periodi di Wenckebach. Fascio di His interrotto: l’eccitazione procede lungo la diramazione intatta e ritorna indietro lungo la muscolatura per attivare il ventricolo dalla parte bloccata. I complessi QRS sono allungati e deformati

Ritmi cardiaci (4) Aritmie: una parte del miocardio scarica indipendentemente dalle altre (fuoco ectopico) Stimolo ectopico dentro il ventricolo, o nel sistema di conduzione, scarica producendo un extra-sistole che interrompe il normale ritmo cardiaco. Questa extrasistole prende il nome di contrazione ventricolare prematura (Premature Ventricular Contraction PVC).

Ritmi cardiaci (5) Aritmie (a) Tachicardia parossistica. Il fuoco ectopico scarica ad una frequenza che eccede quella del nodo SA. (b) Flatter (ansietà) atriale. Gli atrii iniziano un rapido e regolare movimento di flapping, battendo a circa 200-300 bpm.

Ritmi cardiaci (6) Aritmie (a) Fibrillazione atriale. Gli atrii arrestano il loro battito regolare e iniziano un debole e non coordinato movimento. Le node P non sono sufficienti a stimolare il nodo AV. (b) Fibrillazione ventricolare. I ventricoli si muovono in maniera debole e non coordinata e non riescono a pompare fuori il sangue.

Ritmi cardiaci (7) Ischemia Il controllo è registrato prima dell’occlusione. Il mancato rifornimento di sangue ad una data regione porta a una variazione degli equilibri elettrochimici in quella regione. In particolare la cellula ischemica perde K+ e acquista Na+ (Ca2+ e H+ e acqua si accumulano dentro la cellula) portando ad una diminuzione del potenziale di riposo. Diminuzione dell’attività della pompa sodio-potassio dovuta ad un inadeguato rifornimento di ossigeno.

Elettroretinogramma (ERG) (1) Anatomia dell’occhio Diametro 24 mm luce cornea camera anteriore lente camera vitrea La retina è la parte sensoria dell’occhio La lente a contatto trasparente contiene un elettrodo, mentre l’elettrodo di riferimento è posto sulla tempia.

Elettroretinogramma (ERG) (2) Anatomia dell’occhio Camera anteriore. Umor acqueo: funzione di nutrimento e di ottica del sistema. Mantenuto a 20÷25 mm Hg, per assicurare una precisa configurazione geometrica della retina e il giusto cammino ottico per la formazione di una visione chiara.Collegamento tra il sistema circolatorio e la lente e la cornea per assicurare il giusto nutrimento di queste due strutture. Esiste un continuo movimento di fluido tra l’umor acqueo e i vasi sanguigni vicini. Variazioni di questo flusso possono portare a delle condizioni patologiche (glaucoma): pressioni troppo alte possono provocare danni alla retina. Retina. 5 tipi di cellule: fotorecettori e cellule bipolari, orizzontali, amacrine e ganglioni. Molti fotorecettori terminano su una singola cellula bipolare, molte cellule bipolari terminano su un unico ganglione (gli assoni dei ganglioni sono le fibre nervose raccolte al disco ottico (che costituisce la maggior parte delle fibre nervose del nervo ottico). Il grado di convergenza dipende dalla parte di retina considerata.

Elettroretinogramma (ERG) (3) Anatomia dell’occhio Le interconnessioni sinaptiche tra fotorecettori e cellule bipolari avvengono nello strato esterno plessiforme e tra cellule bipolari e ganglioni avvengono nello strato interno plessiforme. Le cellule orizzontali interconnettono bastoncelli e coni a livello dello strato plessiforme esterno, le cellule amacrine forniscono una seconda rete orizzintale a livello dello strato plessiforme interno. L’organizzazione funzionale della retina comprende due strati: uno strato esterno contenete i fotorecettori e uno strato interno responsabile dell’organizzazione e rilascio verso il cervello degli impulsi elettrici generati nei fotorecettori. Due tipi di fotorecettori: bastoncelli (recettori in luce fioca) e coni (recettori in luce intensa, visione dei colori). Sia i bastoncelli che i coni sono suddivisi in segmenti esterni ed interni. Nel segmento interno si trovano i centri del metabolismo e le terminazioni sinaptiche, mentre in quello esterno si trovano i centri della visione.

Elettroretinogramma (ERG) (4) Elettrofisiologia dell’occhio La retina viene stimolata con brevi flash di luce, inducendo sequenze temporali di cambi di potenziale (elettroretinogramma), che possono essere rilevati tra due elettrodi Il primo stadio di trasduzione della luce in messaggio neuronale è l’assorbimento di fotoni da parte delle rodopsina, fotopigmento localizzato nel segmento esterno dei fotorecettori della retina. Il potenziale viene registrato tra un elettrodo posizionato sulla superficie interna della retina o sulla cornea e un elettrodo di riferimento (sulla tempia, sul lobo dell’orecchi). L’elettrodo è immerso in una lente a contatto riempita di soluzione salina: buona tolleranza, permette esami lunghi senza disagio per il paziente. Elettrodi di Ag/AgCl L’occhio è considerato una sfera riempita di fluido e la retina come una sottile sorgente bioelettrica attaccata al polo posteriore della sfera.

Elettroretinogramma (ERG) (5) ERG: per la valutazione della funzionalità della retina (che è indipendente dalla funzionalità del nervo ottico) flash di luce di durata di 2 sec ERP (early receptor potential): potenziale immediato, che è la prima parte della risposta, generato dalle variazioni indotte dalla luce nelle molecole del fotopigmento, lineare con l’intensità della luce. LRP (late receptor potential): potenziale tardivo, la latenza è di 15 ms, massimo alle terminazioni sinaptiche dei recettori e quindi riflette l’uscita dei recettori, marcatamente non lineare (varia in modo logaritmico). ERG è lineare spazialmente!

Parametri fisiologici Tecnica o parametro di misura Intervallo Frequenza, Hz Metodo di misura Elettrocardiografia 0.5 - 4 mV 0.01 - 250 Elettrodi di superficie Elettroencefalografia 5 - 300  V 0.5 - 150 Elettromiografia 0.1 - 5 mV 50 – 3000 V 0 - 10000 0.1 - 300 Elettrodi ad ago Elettroretinografia 0 - 900 V 0 - 50 Elettrodi di contatto Frequenza di respiro 2 - 50 respiri/min 0.1 – 10 Strain gage sul petto, impedenza o termistore nasale Temperatura 32 - 40 °C 0 - 0.1 Termistori, termometri, termocoppie