Lelettrocardiogramma (denotato con la sigla ECG o EKG) è una tecnica medica consistente nella rappresentazione grafica dell'attività elettrica del cuore, rilevata attraverso degli elettrodi posti sulla superficie del corpo.
Sulla superficie del corpo umano (come in tutti gli animali dotati di muscolo cardiaco), in particolare a livello del tronco, sono presenti campi elettrici di bassa intensità che sono principalmente dovuti alle periodiche depolarizzazioni e ripolarizzazioni del cuore.. I potenziali elettrici prodotti dal muscolo cardiaco sono la somma di minime differenze di potenziale generate dalle singole cellule muscolari cardiache.. Queste piccole tensioni sono registrabili attraverso un apparecchio denominato elettrocardiografo, modificato e migliorato da Willem Einthoven e Étienne-Jules Marey nel 1903 per derivazione diretta da un galvanometro a corda. Molte delle regole fissate da Einthoven sussistono in epoca moderna e costituiscono la base per interpretare molti aspetti dell'attuale ECG.
Nei registratori analogici, grazie alla conversione dell'energia elettrica in energia meccanica, le variazioni elettriche producono il movimento di un "meccanismo o sistema scrivente". L'energia elettrica è adeguatamente amplificata in modo da poter trascrivere escursioni abbastanza ampie che consentano la registrazione di un segnale leggibile. Le deflessioni vengono impresse su carta, che si muove a velocità costante a contatto con il sistema che riporta sulla carta le onde registrate in funzione del tempo. Contemporaneamente all'oscillazione verticale delle linee prodotte dalle variazioni di potenziale, la carta scorre verso sinistra. Questa sincronizzazione permette di riportare il movimento verticale su un piano orizzontale, registrando le oscillazioni in rapporto alla loro durata nel tempo.
Nell'ECG a 12 derivazioni, quattro elettrodi sono posizionati sugli arti del paziente e sei sulla superficie del torace. Quindi il potenziale elettrico complessivo del cuore viene misurato in dodici punti ("derivazioni") e viene registrato per un determinato periodo di tempo, in genere dieci secondi.. In questo modo, l'ampiezza e la direzione generali della depolarizzazione elettrica del cuore vengono catturate in ogni momento e per tutto il ciclo cardiaco.
L'elettrocardiogramma è usato per numerosissimi scopi clinici. Tra i più frequenti vi sono: misurare la frequenza e il ritmo dei battiti cardiaci, verificare le dimensioni e la posizione delle camere cardiache (ad esempio nella destrocardia), individuare la presenza di possibili danni al miocardio o al sistema di conduzione, controllare gli effetti indotti dai farmaci e verificare la buona funzionalità di un pacemaker..
Storia
Nel XIX secolo divenne chiaro che il cuore umano generava elettricità. Nel 1836 il fisico italiano Carlo Matteucci iniziò i suoi studi di elettrofisiologia all'università di Pisa.. Nel 1842 pubblicò i risultati delle sue sperimentazioni con la "pila muscolare", (una colonna di segmenti di muscolo), della rana. Nel 1844 Matteucci nel suo trattato di elettrofisiologia descrisse l'attività elettrica della muscolatura cardiaca, attività dimostrata utilizzando una "pila muscolare" di cuore di piccione. Nel 1878 J.S. Burdon Sanderson e F.J.M. Page, due fisiologi britannici, collegarono gli elettrodi di un galvanometro alla base e all'apice del cuore di rana e descrissero per la prima volta la variazione del potenziale elettrico associata al ciclo cardiaco.
Dalle osservazioni sperimentali si passò ben presto agli studi clinici. Alexander Muirhead, un ingegnere elettronico, è noto per aver collegato dei fili al polso di un paziente febbrile per ottenere una registrazione del battito cardiaco nel 1872 al St Bartholomew's Hospital. Il primo sistematico approccio al cuore dal punto di vista elettrico fu fatto da Augustus Desiré Waller, al St Mary's Hospital a Paddington, Londra. Nel 1887 Waller pubblicò il primo elettrocardiogramma, ottenuto usando un elettrometro capillare di Lippmann con elettrodi posti sul torace e sul dorso, dimostrando anche che l'attività elettrica del cuore precede la contrazione. Nel 1911 si poterono apprezzare le prime applicazioni cliniche derivate dal suo lavoro. Il suo elettrocardiografo consisteva in un elettrometro capillare fissato a un proiettore. La traccia del battito cardiaco fu proiettata su una lastra fotografica che a sua volta fu fissata a un trenino giocattolo: ciò permise di registrare un battito cardiaco in tempo reale.
Il passo in avanti decisivo fu compiuto da Willem Einthoven con il suo galvanometro, costruito nel 1903. Questo apparecchio era molto più preciso dell'analogo strumento usato da Waller. Einthoven introdusse il termine elettrocardiogramma nel 1893. Assegnò le lettere dell'alfabeto «P, Q, R, S, T» alle varie onde, partendo arbitrariamente dalla lettera P che era stata già usata da Cartesio per indicare i punti successivi di una curva nei suoi studi sulla rifrazione: questo potrebbe essere uno dei motivi che portarono lo studioso alla scelta delle lettere. Snellen, il biografo ufficiale di Einthoven, scrisse a tal riguardo:
Questo apparecchio permise la descrizione di vari tracciati elettrocardiografici, associati a diverse malattie cardiovascolari. Per questa scoperta nel 1924 Willem Einthoven fu insignito del Premio Nobel per la medicina. A quell'epoca l'elettrocardiografo era un voluminoso apparecchio di laboratorio, ancora ignoto ai clinici.
Nel 1937 Tarō Takemi inventò la prima macchina elettrocardiografica portatile.
L'importanza per la diagnosi medica andò di pari passo con la scrittura di testi sempre più ricchi di informazioni: il primo trattato italiano di elettrocardiografia, che gettò le basi dell'interpretazione clinica dell'ECG, fu pubblicato nel 1948 da Daniele Sibilia, cui si deve l'introduzione di questa disciplina in Italia.
Sebbene i principi di base di quell'epoca siano tuttora in uso, molti progressi sono stati fatti nell'elettrocardiografia nel corso degli anni. Nel tempo la strumentazione si è notevolmente evoluta e sono disponibili sistemi elettronici compatti che spesso includono l'interpretazione computerizzata dell'elettrocardiogramma.
Alcune applicazioni della metodica permettono a livello ambulatoriale di utilizzare la registrazione Holter nei pazienti che presentano sintomi fugaci ma indicativi per possibili aritmie e richiedono un monitoraggio di almeno 24 ore degli eventi elettrici cardiaci.
Tracciato dell'elettrocardiogramma
Il principio su cui si basa la misurazione dell'attività elettrica del cuore è prettamente fisiologico: l'insorgere degli impulsi nel miocardio porta alla generazione di differenze di potenziale che variano nello spazio e nel tempo e che possono essere acquisite tramite degli elettrodi. L'acquisizione della differenza di potenziale da parte di elettrodi posti sulla superficie corporea avviene grazie alla conducibilità del liquido interstiziale del corpo umano. Il segnale acquisito viene trasformato nel tracciato elettrocardiografico che rappresenta il metodo più facile, meno dispendioso e più pratico per osservare se l'attività elettrica del cuore è normale oppure se sono presenti patologie di natura meccanica o bioelettrica. Il normale tracciato ECG presenta un aspetto caratteristico: il tracciato è caratterizzato da una sequenza di deflessioni positive e negative, denominate «onde», separate da alcuni tratti rettilinei, denominati «segmenti». La sequenza che si ripete a ogni ciclo cardiaco...
Per convenzione, il tracciato ECG è riportato su carta millimetrata con il tempo in ascissa (un secondo ogni 25 mm) e l'ampiezza in ordinata (un millivolt ogni 10 mm).
La carta elettrocardiografica ha una quadrettatura di dimensioni standard: le linee orizzontali e verticali sono esattamente a 1 mm di distanza; come riferimento visivo, ogni 5 linee orizzontali e verticali, se ne riporta una più marcata. L'asse orizzontale, leggendo da sinistra a destra, rappresenta il «tempo». Alla velocità standard della carta di 25 mm/s, ogni mm rappresenta 0,04 secondi. L'asse verticale corrisponde all«ampiezza» delle varie componenti elettrocardiografiche.
Durante ogni battito si susseguono, in una progressione ordinata, onde di depolarizzazione che incominciano dalle cellule pacemaker nel nodo senoatriale, si diffondono attraverso gli atri, passano attraverso il nodo atrioventricolare e proseguono nel fascio di His e nelle fibre del Purkinje, che si estendono verso il basso e a sinistra abbracciando entrambi i ventricoli. Questo modello ordinato di depolarizzazione dà origine al caratteristico tracciato dell'elettrocardiogramma. Le deflessioni registrate sulla superficie corporea rappresentano la somma delle depolarizzazioni o delle ripolarizzazioni di tutte le cellule miocardiche che, in ogni particolare momento, vengono attivate simultaneamente, poiché il miocardio è un sincizio funzionale.
Dato che le cellule cardiache non sottostanno a una depolarizzazione e ripolarizzazione simultanea, l'aspetto dell'ECG ha una forma particolare, completamente diversa dalle registrazioni di una singola cellula o di un piccolo gruppo di cellule. L'aspetto delle onde è determinato dallo stato elettrico presente negli elettrodi posizionati nelle diverse parti del corpo. Uno spostamento verso l'alto è detto «positivo», uno verso il basso «negativo». L'estensione verticale, o «ampiezza», dello spostamento rappresenta l'intensità del potenziale elettrico presente, momento per momento, nel sincizio miocardico: quindi l'ampiezza verticale sarà tanto maggiore quanto più grande è il potenziale elettrico registrato e in particolare normalmente maggiore nelle deflessioni di origine ventricolare rispetto a quelle atriali. Invece le misurazioni orizzontali forniscono l'istante in cui l'evento si verifica. L'intero tracciato va letto da sinistra a destra.
L'ECG è composto da onde positive («P, R, T») e negative («Q, S»). La positività o negatività è riferita alla «linea isoelettrica» che rappresenta lo zero ed è la linea di base dell'elettrocardiogramma. L'isoelettrica è fondamentale per l'interpretazione, specie del segmento ST, che viene considerato nella norma solo se non si discosta da essa di oltre 1 mm, sia in alto sia in basso.
Le onde dell'elettrocardiogramma Secondo le convenzioni adottate a livello internazionale, tramite il segnale ECG è possibile osservare le onde PQRST, corrispondenti alle fasi del ciclo cardiaco. L'ECG di soggetti sani è costituito da onde PQRST normali, dalla forma tipica. Al contrario, l'ECG di soggetti con condizioni cardiache patologiche o anomale presenta onde PQRST che deviano dalla norma in termini di forma e tempo. La forma del segnale ECG, e in particolare dell'intervallo QT, dipende dalla variabilità della frequenza cardiaca.
Onda P
L'onda P è la prima onda che compare nel ciclo. Deriva dalla depolarizzazione degli atri in risposta all'attivazione del nodo seno-atriale. È indice del tempo necessario all'impulso elettrico affinché si diffonda a entrambi gli atri; questo indice di latenza è utile per identificare malattie cardiache. Dato che la sistole atriale, cioè la contrazione degli atri, non è molto forte, l'onda P è di piccole dimensioni, con ampiezza uguale o inferiore a 0,4 mV, la sua durata varia da 60 ms a 120 ms e la sua forma è associata a condizioni di ipertrofia atriale e della conduzione atrioventricolare. Tipicamente l'onda P non è caratterizzata da altri picchi. Infine, l'assenza di un'onda P può implicare un blocco seno atriale.
Intervallo PQ
L'intervallo PQ, noto anche come PR, va dall'inizio dell'onda P all'inizio del complesso QRS; è piatto (senza alcuna onda) e fa riferimento al tempo che intercorre dall'attivazione degli atri all'attivazione dei ventricoli. La sua normale lunghezza è compresa tra 120 e 200 ms.
Complesso QRS