What Is an Electrocardiogram?

คลื่นไฟฟ้าหัวใจ (Electrocardiogram, ECG, EKG)

การหดตัว (Contraction) และการคลายตัว (Relaxation) ของหัวใจ ถูกชักนำให้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าของกล้ามเนื้อหัวใจ คือ Action potential อย่างเป็นจังหวะสม่ำเสมอ เริ่มต้นมาจาก SA (sinoatrial) node ซึ่งเป็น Pacemaker ที่ผนังกล้ามเนื้อหัวใจห้องบนขวา แล้วนำไปตามระบบนำสัญญาณทางไฟฟ้า (Conduction system) ของหัวใจ ไปจนทั่วหัวใจ ทำให้เกิดการหดและคลายตัวอย่างเป็นจังหวะขึ้นของหัวใจ

ในขณะที่เกิด Depolarization และ Repolarization ของกล้ามเนื้อหัวใจ จะเกิดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้า (Potential difference) บนผิวหนังหัวใจในบริเวณที่ต่างกัน เรียกว่า Dipole ซึ่งจะแพร่กระจายไปที่ผิวหยังทั่วร่างกาย ทำให้สามารถบันทึก ภาพคลื่นหัวใจไฟฟ้า (Electrocardiogram, ECG) ได้ที่บริเวณผิวหนังของร่างกาย โดยใช้ขั้วไฟฟ้า (Electrodes) วางบนผิวหนังที่แขนและขาแล้วทำการบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจด้วย เครื่องบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (Electrocardiograph)

คลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG ) ปกติจะประกอบด้วย 3 ส่วน คือ

1. P wave เป็นส่วนแรกของ ECG มี amplitude ต่ำ เกิดจาก depolarization ของหัวใจห้องบน (Atrial depolarization)

2. QRS Complex เป็นส่วนถัดมามี amplitude สูงสุด เกิดจาก depolarization ของหัวใจห้องล่าง (Ventricular depolarization) ถ้า QRS Interval นานขึ้น แสดงว่าอาจมี Bundle branch block ข้างซ้ายหรือข้างขวา

3. T wave เป็นส่วนสุดท้าย มี amplitude ต่ำ แต่มี duration นาน เกิดจาก Repolarization ของหัวใจด้านล่าง (Ventricular depolarization)

นอกเหนือจากนี้ยังมีค่าที่เกี่ยวข้องอีก 4 ค่า คือ

1. PR Interval คือ เวลาระหว่างจุดเริ่มต้นของ P wave ถุงจุดเริ่มต้นของ QRS Complex บ่งบอกถึงเวลาระหว่างจุดเริ่มต้นของ atrial depolarization ถึงจุดเริ่มต้นของ ventricular depolarization ถ้าค่านี้มีมากแสดงว่าอาจมี AV heart block

2. QT Interval คือระยะเวลาเริ่มต้นของ QRS Complex ถึงจุดสิ้นสุดของ T wave บ่งบอกถึงเวลาระหว่างจุดเริ่มต้นของ ventricular depolarization ถึงจุดสิ้นสุด ventricular Repolarization ค่านี้จะเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับอัตราการเต้นของหัวใจ ถ้าหัวใจเต้นเร็วขึ้นค่านี้จะลดลง ถ้าหัวใจเต้นช้าค่านี้จะมากขึ้น

3. PR Segment คือช่วงระหว่างจุดสิ้นสุดของ P wave ถึงจุดเริ่มต้นของ QRS Complex เป็นช่วงที่ Impulse เคลื่อนที่อยู่ภายในหัวใจ ดังนั้นที่ผิวหัวใจบริเวณต่างๆ จึงไม่มีความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้า บันทึกที่ได้จึงอยู่ที่ base line

4. ST segment คือ ช่วงระหว่างจุดสิ้นสุดของ QRS complex ถึงจุดเริ่มต้นของ T wave ซึ่งเป็นช่วงที่กล้ามเนื้อหัวใจทั้งหมดเกิด Depolarization หัวใจ ดังนั้นที่ผิวหัวใจบริเวณต่างๆ จึงไม่มีความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้า บันทึกที่ได้จึงอยู่ที่ base line

ในการบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจ จะใช้ขั้วไฟฟ้าวางลงบนผิวหนังตำแหน่งต่างๆ ได้หลายแบบแต่ ที่เป็นที่นิยมกันมี 3 แบบ เป็น Standard limb leads ตาม Einthoven’s Triangle คือ

1. Standard limb lead I วัดระหว่างแขนขวา (ต่อเข้ากับขั้ว NEG ของเครื่องบันทึก) กับแขนซ้าย (ต่อเข้ากับขั้ว POS ของเครื่องบันทึก)

2. Standard limb lead II วัดระหว่างแขนขวา (ต่อเข้ากับขั้ว NEG) กับขาซ้าย (ต่อเข้ากับขั้ว POS)

3. Standard limb lead III วัดระหว่างแขนซ้าย (ต่อเข้ากับขั้ว NEG) กับขาซ้าย (ต่อเข้ากับขั้ว POS)

Lead ทั้ง 3 มีความสัมพันธ์กันโดย amplitude ของ QRS complex ของ lead II จะเท่ากับ lead I บวกกับ lead III (lead II = lead I + lead III) ความสัมพันธ์นี้เรียกว่า Einthoven’s Law

History

In 1856 Kollicker and Mueller discovered the electrical activity of the heart when a frog sciatic nerve/gastrocenemius preparation fell onto an isolated frog heart and both muscles contracted synchronously. Alexander Muirhead attached wires to a feverish patient's wrist to obtain a record of the patient's heartbeat while studying for his DSc (in electricity) in 1872 at St Bartholomew's Hospital This activity was directly recorded and visualized using a Lippmann capillary electrometer by the British physiologist John Burdon Sanderson.The first to systematically approach the heart from an electrical point-of-view was Augustus Waller, working in St Mary's Hospital in Paddington, London.His electrocardiograph machine consisted of a Lippmann capillary electrometer fixed to a projector. The trace from the heartbeat was projected onto a photographic plate which was itself fixed to a toy train. This allowed a heartbeat to be recorded in real time. In 1911 he still saw little clinical application for his work.

The Cambridge VS4, a popular ECG instrument of the 1970's and 1980's. Solid state technology.
The breakthrough came when Willem Einthoven, working in Leiden, The Netherlands, used the string galvanometer invented by him in 1901, which was much more sensitive than the capillary electrometer that Waller used.
Einthoven assigned the letters P, Q, R, S and T to the various deflections, and described the electrocardiographic features of a number of cardiovascular disorders. In 1924, he was awarded the Nobel Prize in Medicine for his discovery.
The Cambridge Simpliscribe, a popular ECG instrument of the 1950's and 1960's. Vacuum tube technology.
Though the basic principles of that era are still in use today, there have been many advances in electrocardiography over the years. The instrumentation, for example, has evolved from a cumbersome laboratory apparatus to compact electronic systems that often include computerized interpretation of the electrocardiogram[citation needed].