Электрокардиограмма(ЭКГ)-это графическое представление разности потенциалов на поверхности тела , возникающей во время работы сердца, регистрируемой устройством под названием электрокардиограф в процессе электрокардиографии. Электрокардиограмма является одним из основных методов диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. История ЭКГ имеет свои корни в середине XIX века.

Еще в 1856 г., во времена Дюбуа-Реймона, было доказано, что в сердце при возбуждении возникает разность потенциалов. Это наглядно показал опыт,  поставленный Келликером и Мюллером: на изолированное сердце клали нерв, идущий к лапке лягушки, и этот "живой вольтметр” реагировал вздрагиванием лапки на каждое сокращение сердца. С развитием электроники и появлением чувствительных электроизмерительных приборов стало возможным регистрировать электрические сигналы работающего сердца, прикладывая электроды к коже, а не к сердечной мышце.

Уже в 1887 г. английским ученым А.Уоллером  впервые удалось зарегистрировать таким способом ЭКГ человека. Это было сделано с помощью капиллярного электрометра:основой этого прибора был тонкий капилляр, в котором ртуть граничила с серной кислотой. При пропускании тока через такой капилляр поверхностное натяжение на границе жидкостей менялось и мениск(см. http://ru.wikipedia.org/wiki/Мениск) смещался по капилляру.)

Однако это устройство не нашло широкого применения в электрокардиографии. Только в 1903  г., после изобретения нидерландским физиологом В.Эйнтховеном более совершенного прибора: струнного гальванометра, об электрокардиографии заговорили всерьез. Работа этого прибора была основана на движении проводника с током в магнитном поле. Роль проводника выполняла тонкая посеребренная кварцевая нить диаметром в несколько микрометров, туго натянутая в магнитном поле. При пропускании по этой струне тока она слегка изгибалась. Эти отклонения наблюдались с помощью микроскопа. Прибор обладал малой инерцией и позволял регистрировать быстрые электрические процессы.

С появлением этого прибора во многих лабораториях начали детально изучать отличия ЭКГ здорового сердца и сердца при различных заболеваниях. За эти работы В.Эйнтховен получил в 1924 г. Нобелевскую премию, а советский ученый А.Ф.Самойлов, много сделавший для развития электрокардиографии, получил в 1930 г. Ленинскую премию. В результате следующего шага в развитии техники (появления электронных усилителей и самописцев) электрокардиографы стали использоваться в каждой крупной больнице.

Принцип электрокардиографии (ЭКГ) состоит в следующем.

При возбуждении любого нервного или мышечного волокна ток в одних его участках втекает через мембрану внутрь волокна, а в других-вытекает наружу. При этом ток обязательно течет по наружной среде, окружающей волокно, и создает в этой среде разность потенциалов. Это позволяет регистрировать возбуждение волокна с помощью внеклеточных электродов, не проникая внутрь клетки. Сердце-это достаточно мощная мышца. В ней синхронно возбуждается много волокон, и в среде, окружающей сердце, течет достаточно сильный ток, который даже на поверхности тела создает разности потенциалов порядка 1мВ. Для того чтобы получить больше информации о состоянии сердца по ЭКГ, записывают много кривых между разными точками тела, Для понимания этих кривых нужен опытный врач.

Нормальная ЭКГ здорового сердца приведена на рисунке ниже:

Обычно на ЭКГ можно выделить 5 зубцов: P, Q, R, S, T. Иногда можно увидеть малозаметную волну U. Зубец P отображает работу предсердий, комплекс QRS -систолу желудочков, а сегмент ST и зубец T -процесс реполяризации миокарда.

С появлением вычислительной техники стало возможным в значительной мере автоматизировать процесс "чтения” ЭКГ. ЭВМ сравнивает ЭКГ  больного с образцами, хранящимися в ее памяти, и выдает врачу предварительный диагноз. Существует множество разных подходов к анализу ЭКГ.

Вот один из них.

По зарегистрированным ЭКГ со многих точек тела, и по изменению их во времени, производится расчет, как движется волна возбуждения по сердцу и какие участки сердца стали невозбудимы (например, поражены инфарктом). Расчеты эти весьма трудоемки, но они стали возможны с появлением ЭВМ.

Такой подход к анализу ЭКГ был развит сотрудником Института проблем передачи информации АН СССР Л.И.Титомиром. Вместо многих кривых, в которых трудно разобраться, вычислительная машина рисует на экране сердце и распространение возбуждения по его отделам. Можно непосредственно видеть, в какой области сердца возбуждение идет медленнее, какие участки сердца вообще не возбуждаются и т. д.

Потенциалы сердца были использованы в медицине не только для диагностики, но и для управления медицинской аппаратурой. Представьте себе, что врачу необходимо сделать рентгеновские снимки сердца в разных фазах его цикла, т. е. в момент максимального сокращения, максимального расслабления и т.д. Это бывает необходимо при некоторых заболеваниях. Но как поймать момент наибольшего сокращения? Приходится делать много снимков в надежде, что один из них попадет в нужную фазу.

И вот советские ученые В.С.Гурфинкель, В.Б.Малкин и М.Л.Цетлин решили включать рентгеновскую аппаратуру от зубца ЭКГ. Для этого потребовалось не очень сложное электронное устройство, которое включало съемку с заданной задержкой относительно зубца ЭКГ.

Остроумное само по себе решение задачи особенно интресно тем, что это было одно из первых устройств, в которых естественные потенциалы организма управляют теми или иными искусственными устройствами; эта область техники получила название биоуправления.

Скелетные мышцы тела тоже генерируют потенциалы, которые можно регистрировать с поверхности кожи. Однако для этого требуется более совершенная аппаратура, чем для регистрации ЭКГ. Отдельные мышечные волокна обычно работают асинхронно, их сигналы, накладываясь друг на друга, частично компенсируются, и в результате получаются меньшие потенциалы, чем в случае ЭКГ.

Электрическая активность скелетной мышцы называется электромиограммой -  ЭМГ. Впервые потенциалы мышечных волокон человека обнаружил, прослушивая их с помощью телефонного аппарата, русский ученый Н.Е.Введенский еще в 1882 г. В 1907 г. немецкий ученый Г.Пипер использовал для их объективной регистрации струнный гальванометр. Однако это был сложный и трудоемкий метод. Только после того как в 1923 г. появился катодный осциллограф и электронная техника, электромиография стала усиленно развиваться. Сейчас ее широко применяют в науке, в медицине, в спорте, а также для биоуправления.

Одно из первых замечательных применений биоуправления с помощью ЭМГ - создание протезов для людей, потерявших руку. Такие протезы впервые были созданы в нашей стране.