измерение ЭКГ на смарт-часах Samsung Galaxy Watch 4

ЭКГ на смарт-часах для «чайников». Как на самом деле работает эта функция?

Оценка этой статьи по мнению читателей:
5
(186)

Мы живем в интересное время. Многие вещи, о которых недавно знали только выпускники медицинских ВУЗов, сегодня стали обыденностью даже для домохозяек.

Если раньше мало кто мог объяснить, зачем кровь вообще проходит через легкие, то сегодня огромное количество людей постоянно следят за тем, чтобы уровень SpO2 не опускался ниже 95%.

И если пульс, процент жира в организме или уровень кислорода в крови — это всего лишь одна цифра, интерпретировать которую сможет даже ребенок, то электрокардиограмма — совсем другое дело.

Благодаря усилиям Apple и Samsung, функция ЭКГ становится таким же «попсовым» инструментом, как и пульсометр. Но несмотря на это, электрокардиограмма как была набором непонятных линий, так им и осталась.

Но вот, что интересно. Людям свойственно скептически относиться к тому, чего они не понимают. И если в больнице для получения электрокардиограммы на человека надевают дюжину электродов, предварительно смазывая места контактов гелем, то, разумеется, ЭКГ в часах — это не более, чем игрушка, разработанная маркетологами.

А тут еще эта история из интернета, где кто-то показал своему знакомому врачу-кардиологу результаты ЭКГ с часов, на что тот просто рассмеялся в ответ, объяснив неграмотному и наивному другу, как на самом деле стоит относиться к подобным «анализам».

Кому вы скорее поверите — производителю, жаждущему продать вам очередную безделушку, или врачу-кардиологу?

Я предлагаю вам не верить никому, а наконец разобраться с тем, что же такое кардиограмма на самом деле, что она измеряет и каким образом. Могут ли наручные часы заменить медицинский электрокардиограф и можно ли вообще доверять анализам условных Apple Watch или Galaxy Watch? Чем они отличаются от профессионального оборудования?

Конечно же, одна статья из интернета не заменит вам 5 лет обучения в университете, однако этой информации будет достаточно для того, чтобы понимать общий принцип работы ЭКГ.

В конце статьи мы посмотрим на конкретные примеры электрокардиограмм и сделаем при помощи часов то, что никому и в голову не приходило. Но поверьте, не стоит пролистывать первую часть, даже если она покажется вам немного сложной.

Если вы находите время на чтение обзора очередного смартфона, потратьте немножко времени и на обзор сердца — «гаджета», благодаря которому вы живы. Его работа вас удивит!

Я понимаю, что эта информация нужна скорее студентам медвузов, но было бы очень обидно прожить всю жизнь, так и не узнав о том, какие удивительные процессы происходили всё это время внутри собственного тела.

И последнее замечание. Чтобы не раздувать объем статьи до размера книги, я буду упускать множество деталей и допускать упрощения. Это научно-популярная статья, а не выдержка из учебника по медицине.

Откуда в сердце берётся электричество

Откройте любую статью об ЭКГ на Apple Watch или Galaxy Watch и вы прочтете примерно следующее: «При помощи ЭКГ измеряется электрическая активность сердца. Для этого используются два электрода на запястье и указательном пальце, которые определяют разность потенциалов«.

Как по мне, лучше бы в таких статьях упустить подобные «объяснения» и просто рассказать о том, куда нужно приложить указательный палец и какую кнопку нажать. Ведь для обычного человека этот набор слов ровным счетом ни о чем не говорит.

Какая еще электрическая активность? Причем тут пальцы и запястье, если сердце спрятано глубоко внутри тела? Разность потенциалов — это еще что такое?

На самом деле, вы никогда не сможете полностью понять ЭКГ, если вначале не разберетесь с тем, что заставляет сердце биться, а также откуда там возникает электрическое напряжение.

С этого и начнем!

Деполяризация и реполяризация клеток. Простые вещи, скрытые за непростыми словами

Если мы посмотрим на одну клетку сердечной мышцы, которая находится в состоянии покоя, то заметим интересную особенность. Внутри и снаружи этой клетки плавают различные химические вещества (натрий, калий, хлор, кальций и т.д.). Это так называемые ионы:

клетка и ионы

Называются они ионами по той причине, что обладают электрическим зарядом. Под этой фразой мы подразумеваем, что у ионов есть «суперспособность» — они создают вокруг себя особый вид материи, называемый электрическим полем.

Существует всего два типа заряда — положительный и отрицательный. Одноименные заряды отталкиваются своими электрическими полями, а заряды с разными названиями — притягиваются. То есть, два положительных заряда будут отталкиваться друг от друга, а положительный и отрицательный — притягиваться:

одноименные и разноименные заряды

Повторюсь, притягиваться или отталкиваться ионы могут только благодаря особому невидимому типу материи — электрическому полю.

В качестве аналогии можете представить себе игру в перетягивание каната. Люди — это ионы, электрический заряд — это мышцы рук и ног, а электрическое поле — это канат. Чем больше мышц у человека (чем выше электрический заряд), тем сильнее он сможет тянуть к себе человека с противоположной стороны, используя канат (электрическое поле).

Последнее, что следует знать о зарядах, это то, что, чем больше одноименных зарядов мы собираем в одном месте (чем больше «людей с одной стороны каната»), тем с большей силой они могут притягивать противоположные заряды. Или отталкивать одноименные.

Так вот, клетка устроена таким образом, что из неё через мембрану (оболочку) выходят положительно заряженные ионы калия (K+) и входят отрицательно заряженные ионы хлора (Cl-). Происходит это по той простой причине, что ионов калия внутри клетки примерно в 30 раз больше, чем снаружи. А хлора наоборот — в 13 раз меньше.

В результате такой «миграции ионов», внутри клетки становится меньше положительного заряда и больше отрицательного (выходит «плюс», а входит «минус»):

обмен ионами в клетке

Это приводит к тому, что у клеточной мембраны появляется поляризация или полярность, то есть, одна сторона мембраны приобретает положительный заряд, а другая — отрицательный, словно батарейка, на одном конце которой «плюс», а на другом — «минус»:

поляризация клетки

Мы можем подключить вольтметр (прибор для измерения напряжения) к батарейке и узнать её напряжение, то есть, с какой силой «плюс» притягивает «минус». Собственно, это же можно проделать и с клеткой (как минимум, в теории):

измерение напряжения клетки

И действительно, напряжение на мембране клетки в состоянии покоя равняется -90 мВ (милливольт), то есть, по обе стороны мембраны находится разный заряд, из-за чего и возникает напряжение.

Повторюсь, в этом случае мы говорим, что клетка поляризована, то есть, у неё появилась полярность — «плюс» (положительный заряд снаружи) и «минус» (отрицательный заряд внутри).

Когда клетка возбуждается (пока не важно, каким образом), внутрь неё начинают неспешно проникать положительно заряженные ионы натрия (Na+), что приводит к постепенному снижению отрицательного заряда. Если бы в это время мы измеряли вольтметром напряжение, то увидели бы такую картину:

начало деполяризации клетки

То есть, чем больше Na+ попадает в клетку, тем более положительным становится заряд внутри клетки и напряжение постепенно снижается (исчезает разница между «плюсом» и «минусом»).

Когда напряжение опускается до -60 мВ, происходит нечто интересное! Дело в том, что в мембране клетки есть специальные шлюзы или каналы, которые могут закрываться и открываться (или включаться/выключаться) в зависимости от напряжения. То есть, схематически клетка выглядит скорее так:

ионные каналы в клетке

Синим цветом показаны натриевые каналы, красным — кальциевые, а зеленым — калиевые. Каждый из этих каналов пропускает только свой тип ионов (натрий, кальций или калий).

Так вот, когда напряжение снижается с -90 мВ до -60 мВ, открываются натриевые каналы и внутрь клетки быстрым потоком устремляются положительно заряженные ионы натрия, которые находились снаружи. Разумеется, это приводит к очень быстрому изменению заряда внутри самой клетки.

Вначале он станет -50 мВ, затем -20 мВ, затем 0 мВ (разница в зарядах между внутренней и наружной частью мембраны исчезнет), после чего заряд внутри клетки станет даже немного положительным:

деполяризация клетки

Получается, в состоянии покоя клетка была сильно поляризованной, то есть, у неё был ярко выраженный отрицательный заряд внутри (минус) и положительный — снаружи (плюс). Но теперь этого нет. Произошло то, что называется деполяризацией клетки. Она практически потеряла полярность, на что и указывает приставка де-.

В этот же момент (когда происходит деполяризация), мышечная клетка и сокращается/сжимается.

Но когда клетка теряет полярность, то есть, когда напряжение на её оболочке падает, натриевый канал закрывается и открываются другие каналы — кальциевые и калиевые. Через калиевые каналы из клетки начинают выходить положительно заряженные ионы калия (K+):

ионы калия выходят из клетки

Это привело бы к резкому изменению напряжения. Но в течение какого-то времени этого не происходит, так как параллельно с потерей калия (K+), в клетку входят ионы положительно заряженного кальция (Ca+).

На короткое время заряд клетки изменяется незначительно и она пребывает в напряженном состоянии. Затем кальциевые каналы (Ca+) закрываются и из клетки продолжает выходить положительно заряженный калий (K+):

реполяризация клетки

Это приводит к тому, что клетка снова приобретает отрицательный заряд. И когда напряжение упадет до -90 мВ, калиевые каналы закроются. Клетка расслабится и перейдет в состояние покоя.

Итак, клетка снова приобрела полярность («минус» внутри и «плюс» снаружи). Этот процесс называется реполяризацией, то есть, повторной поляризацией клетки.

Это и есть основной механизм появления напряжения внутри тела. Именно перераспределение заряженных частиц (ионов) внутри и снаружи клеток вызывает разницу в зарядах, что приводит к появлению напряжения (разницы потенциалов).

Удивительная электрическая схема!

Теперь, когда мы увидели, что заставляет возбуждаться и расслабляться одну конкретную клетку, можно посмотреть, каким образом это возбуждение (деполяризация) перебрасывается с клетки на клетку, что приводит в движение всю мышцу (заставляет её сократиться).

Вот перед нами кусок мышечной ткани сердца, состоящий из большого количества рассмотренных выше клеток:

кусок сердечной мышечной ткани

Если мы возбудим первую клетку, каким-то образом начнут возбуждаться (деполяризоваться) и все остальные клетки этой ткани. Как же это происходит?

В реальности все клетки сердца связаны друг с другом маленькими электрическими контактами, которые называются щелевыми контактами:

щелевые контакты между клетками сердца

Когда происходит деполяризация одной клетки, то есть, когда внутрь неё проникают положительно заряженные ионы, часть из них неспешно проходит по контактам в соседнюю клетку:

распространение волны деполяризации

Из-за этого отрицательное напряжение в соседней клетке тоже начинает постепенно снижаться. И когда оно упадет с отметки -90 мВ до -60 мВ, произойдет то, что мы уже рассмотрели выше. Тут же включатся натриевые насосы, которые со скоростью начнут втягивать положительно заряженные ионы натрия и клетка полностью деполяризуется.

И теперь уже из этой деполяризованной клетки часть положительных ионов пройдет по электрическим контактам в следующую клетку. И так волна деполяризации пронесётся по всей мышечной ткани, заставляя её сжиматься.

Измеряем напряжение мышечной ткани. Или первый шаг к пониманию ЭКГ

А теперь давайте проведем простой эксперимент. Возьмем кусочек ткани сердечной мышцы и подключим с двух сторон вольтметр, чтобы измерять напряжение:

измеряем напряжение сердечной ткани в состоянии покоя

Вольтметр понятия не имеет, что происходит внутри клеток, так как мембрана клетки — это надежный изолятор. В состоянии покоя все клетки этой ткани имеют отрицательный заряд внутри и положительный — снаружи. Но вольтметр видит только положительный заряд, окружающий клетки:

напряжение мышечной ткани в состоянии покоя

Разумеется, никакой разницы в зарядках на концах этой ткани нет. Ведь повсюду один и тот же положительный заряд, а для напряжения нужен «плюс» и «минус». Соответственно, никакой ток никуда течь не может и стрелка вольтметра не будет отклоняться в сторону.

Но теперь мы возбудим первую клетку этой ткани (к примеру, ударив её небольшим током), тем самым запустив волну деполяризации. Тут же все клетки друг за другом начнут менять свой внутренний отрицательный заряд на положительный. А снаружи клеток будет появляться отрицательный заряд.

Если мы на мгновение остановим время и попробуем измерять напряжение между контактами вольтметра, его стрелка незначительно отклонится влево.

Почему? Потому что появилась набольшая разница в зарядах — слева кусочек ткани стал отрицательно заряженным, а остальная часть ткани еще не деполяризовалась и продолжает оставаться положительно заряженной. То есть, появляется «плюс» и «минус»:

напряжение на мышечной ткани в начале деполяризации

Продолжим наблюдать за этим процессом и остановим время в тот момент, когда уже половина всей ткани деполяризовалась, а вторая половина — еще нет. Теперь вольтметр будет отклонять стрелку влево еще сильнее, так как разница зарядов между контактами будет максимальной:

максимальное напряжение электрического поля

Ведь с одной стороны собралось множество отрицательных зарядов («минус»), а с другой — множество положительных («плюс»). Такой кусочек ткани может служить своеобразной био-батарейкой.

Но когда вся мышечная ткань полностью деполяризуется, показатели вольтметра снова упадут до нуля, так как теперь вся сжатая ткань (при деполяризации, напомню, мышцы сжимаются) имеет одинаковый отрицательный заряд. Нет никакой разницы в зарядах на концах этой ткани, соответственно, между контактами вольтметра нет никакого напряжения (или разницы потенциалов):

отсутствие напряжения при полной деполяризации клеток

Если бы мы запустили волну деполяризации с другой стороны этой ткани, чтобы она пошла в обратную сторону, то всё было бы ровно так же, только стрелка вольтметра отклонялась бы в другую сторону.

Это очень важный момент для понимания ЭКГ. В зависимости от того, с какой стороны оказывается положительный и отрицательный заряды на концах вольтметра, его стрелка отклоняется либо влево, либо вправо.

Если с этим всё понятно, тогда можем переходить к сердцу!

Что измеряет электрокардиограмма?

Всё сердце состоит из мышечной ткани, устройство которой мы в общих чертах рассмотрели выше. В начале я говорил о том, что при возбуждении клетки в неё начинают проникать ионы.

Но кто или что возбуждает, условно говоря, первую клетку, которая затем и запускает весь процесс деполяризации (и как следствие — сокращение) всего сердца?

На самом деле, никто!

Уникальность сердца состоит в том, что внутри него есть ряд образований (пучков и узлов), которые способны самовозбуждаться. То есть, в этих кусочках сердечной ткани процесс деполяризации клеток запускается несколько десятков раз в минуту без какой-либо причины.

Такие узлы называются водителями ритма. Именно они задают ритм работы всего сердца. И главным водителем ритма является синусовый узел, который деполяризуется сам по себе 60-90 раз в минуту. Отсюда и наш привычный пульс в состоянии покоя.

Расположен синусовый узел здесь:

синусовый узел
Месторасположение синусового узла

Как только в нём возникает импульс, волна деполяризации (показана на анимации внизу красным цветом) проходит по всему сердцу. Вначале деполяризуются (и сжимаются) верхние две камеры сердца (они называются предсердиями), а затем — нижние (желудочки). Вот как это выглядит:

А так выглядит сокращение сердца при деполяризации и реполяризации клеток такни, из которого оно состоит:

Еще раз повторюсь, в момент деполяризации, когда заряд клетки меняется с отрицательного на положительный, происходит сжатие мышцы. А когда происходит реполяризация (возврат к отрицательному заряду клетки), мышца расслабляется.

Если бы мы подключили к сердцу с двух сторон вольтметр, замедлили время и посмотрели, как именно ток идет по нему и как изменяется напряжение, то увидели бы очень интересную картину.

Волна деполяризации (показана красными стрелками на рис. ниже), возникнув в синусовом узле, начала бы распространяться по предсердьям. То есть, движение деполяризации было бы направлено вниз и левее (если представить, что сердце «смотрит» на нас):

деполяризация сердца фаза 1
Схематический рисунок сердца

Соответственно, стрелка вольтметра отклонилась бы влево, ведь волна деполяризации движется к положительному электроду.

Для удобства можно положить вольтметр набок, чтобы стрелка как бы поднималась и опускалась (см. рис. ниже). И дальше фиксировать эти отклонения на бумаге.

Из-за того, что ткань предсердий довольно тонкая (чем толще ткань, тем больше клеток одновременно деполяризуется и возникает более сильное напряжение) и состоит не из быстропроводящих клеток, то разница зарядов на концах вольтметра будет незначительной и стрелка отклонится влево (или вверх) совсем чуть-чуть и сравнительно медленно:

измерение деполяризации предсердий

Когда волна деполяризации доходит до атриовентрикулярного узла, находящегося между верхними и нижними камерами сердца, ток сильно замедляется. Это настолько маленький кусочек ткани, что для вольтметра он даже незаметен.

Как бы там не происходила деполяризация, это не влияет на отклонение стрелки, поэтому в течение какого-то времени он не будет регистрировать никакой активности:

деполяризация атриовентрикулярного узла

Но затем ток добирается до «магистрали» — самого быстрого и толстого куска сердечной мышечной ткани. Деполяризация мощной волной прокатывается по желудочкам сердца и если бы мы посмотрели на стрелку вольтметра посреди этого процесса, то увидели бы резкое и сильное отклонение влево (так как вольтметр лежит на боку, то — вверх):

деполяризация желудочков

Стрелка отклоняется влево, так как волна деполяризации идет по направлению к положительному электроду, который подключен к нижней части сердца.

Заканчивается этот процесс тем, что деполяризация идёт вверх по краям желудочков. Ток проходит здесь всё ещё очень быстро, так что отклонение будет резким, хотя и небольшим. Стрелка отклонится незначительно вправо (или в нашем случае — вниз), ведь эта волна деполяризации изменила свое направление:

деполяризация по краям желудочков

Спустя мгновение, по сердцу проходит волна реполяризации (расслабления мышечной ткани), то есть, клетки сердца снова приобретают отрицательный заряд внутри и положительный — снаружи. В этот момент стрелка более плавно и не так сильно отклоняется влево.

Если бы мы посмотрели еще раз весь этот процесс и записали отклонение стрелки вольтметра, то получили бы такую картину:

процесс деполяризации сердца на ЭКГ

Это и есть кусочек электрокардиограммы, где в деталях показано одно единственное сокращение сердца. То есть, на ЭКГ мы можем увидеть поэтапно, как проходит деполяризация и реполяризация всех клеток сердца и, соответственно, как сжимается и расслабляется сердечная мышца на разных участках.

Это может рассказать нам о сердце буквально всё:

  • С какой скоростью деполяризуются (и сжимаются) предсердья?
  • Есть ли задержка между деполяризацией правого и левого предсердий?
  • Не обходит ли ток какими-то окольными путями и если обходит, то что вызывает такое поведение?
  • Сколько времени занимает деполяризация желудочков?
  • Нет ли каких-то препятствий на пути тока?
  • Все ли клетки в хорошем состоянии или часть из них уже мертва и не проводит электричество?
  • Выполняет ли синусовый узел роль главного водителя или её взял на себя другой узел?
  • В правильном ли порядке сокращается сердце, вначале сжимая предсердья, а затем — желудочки?

Эти вопросы можно продолжать до бесконечности и на все из них ЭКГ дает ответы.

Если мы посмотрим на кардиограмму здорового сердца, то увидим ту же картину, что нам показывал наш вольтметр:

пример экг здорового человека

Теперь мы можем легко отметить основные события на этой ЭКГ:

пример экг здорового человека с комментариями

И легко их интерпретировать:

  1. Деполяризация предсердий (сжимается верхняя часть сердца)
  2. Деполяризация желудочков (сжимается нижняя часть сердца)
  3. Реполяризация сердца (расслабление желудочков)

Однако, если присмотреться к медицинской ЭКГ, то можно заметить, что она разбита на блоки, обозначенные римскими цифрами (I, II, III) и различными буквами (aVR, aVL, V1, V2 и т.д.):

пример ЭКГ

Любой медицинский прибор выдаст вам кардиограмму, состоящую из 12 таких блоков. Но смарт-часы покажут только один из них, обозначенный римской цифрой I.

Что это значит?

Электроды ЭКГ или о том, что такое отведения

В статье мы делали электрокардиограмму, прикрепляя контакты (электроды) вольтметра следующим образом:

как мы прикрепляли гальванометр к сердцу

Но в реальности никто не прикрепляет контакты прямо к сердцу. Да в этом и нет никакой необходимости.

Дело в том, что тело человека изнутри является прекрасным проводником электричества. Мы состоим в основном из токопроводящей жидкости. И когда внутри нашего тела появляется огромный источник напряжения, линии электрического поля проходят через всё тело.

Поэтому нет разницы, разместим ли мы электроды так:

пример 1 крепления электродов

Или вот так:

контакты ЭКГ на теле

На электродах вольтметр зафиксирует одинаковую разницу потенциалов (или одинаковую разницу в зарядах), один и тот же «плюс» и «минус».

То, что вольтметр получит в районе правого плеча, будет ровно таким же и вдоль всей правой руки. То же касается и второго конца. Мы можем разместить второй электрод слева внизу живота или вообще на левой ноге.

Поэтому электроды можно разместить хоть так:

размещение электродов на руке и ноге

Он зафиксирует одну и ту же разницу электрических потенциалов.

Получается, если бы мы носили смарт-часы на левой ноге и прикасались пальцем правой руки ко второму электроду на кнопке, то получили бы ту же картинку на ЭКГ, что была рассмотрена нами выше.

Такой вид наложения электродов (левая нога и правая рука) называется вторым отведением и обозначается римской цифрой II.

А если мы разместим один электрод на левой руке, а второй — на правой, то это будет называться первым отведением и обозначаться римской цифрой I. Именно в первом отведении смарт-часы и делают электрокардиограмму.

Что это значит на практике?

Вся разница лишь в том, с какой стороны мы хотим посмотреть на работу сердца. Если, к примеру, на каком-то участке ток по сердцу идет строго сверху вниз, то этот участок будет невидим для первого отведения, так как не будет никакой разницы потенциалов (в зарядах) между левой и правой частью тела, разница будет между верхней и нижней частью:

нет разницы потенциалов

А вот электроды во втором отведении (левая нога и правая рука) покажут это движение тока, так как они размещаются сверху и снизу:

Справедливо и обратное. Если бы на каком-то участке ток шел строго слева направо, то его было бы хорошо видно в первом отведении (электроды на левой и правой руках), но практически не видно во втором (когда электроды сверху и снизу).

Поэтому в больнице на человека крепят десяток электродов в самых разных местах, благодаря которым можно смотреть за работой сердца во всех плоскостях и направлениях.

Часы же показывают только одно отведение, что, впрочем, можно исправить!

Смотрим на сердце с нескольких сторон при помощи смарт-часов

На самом деле никто не запрещает нам изменить положение электродов и сделать электрокардиограмму, например, в трех стандартных отведениях (I, II и III на классической электрокардиограмме по Эйнтховену).

Вначале размещаем часы на левой руке и касаемся указательным пальцем кнопки-электрода:

измеряем ЭКГ на apple watch в первом отведении

Получаем первое отведение!

Теперь прижимаем часы (положительный электрод находится на задней крышке часов) к левой нижней части живота и касаемся второго электрода пальцем правой руки. При этом следите, чтобы правая рука не касалась живота:

измеряем ЭКГ на apple watch во втором отведении

Вот у нас уже кардиограмма во втором отведении!

Теперь вместо указательного пальца правой руки, прикладываем палец левой руки. Получается, мы наложили электроды на «левую ногу» и левую руку:

измеряем ЭКГ на apple watch в третьем отведении

А это уже кардиограмма в третьем классическом отведении.

И если сравнить полученные кардиограммы, все они будут отличаться в точности, как отличаются аналогичные блоки на медицинской кардиограмме. Вот небольшой пример моих кардиограмм (слева — полученная в больнице, справа — сделанная часами Galaxy Watch 4):

сравнение ЭКГ на часах Galaxy Watch 4 и из больницы

Просто обратите внимание на схожесть рисунков в разных отведениях, но не сравнивайте сами кардиограммы, так как делались они в разное время.

Если продолжить эксперименты, мы получим кардиограммы и в других отведениях (грудных).

Можно ли доверять такой ЭКГ в нескольких отведениях, сделанной на часах? Научные исследования1 2 в рецензируемых журналах говорят о достаточно высокой надежности и точности электрокардиограмм, сделанных в нескольких отведениях при помощи Apple Watch.

Вот наглядное сравнение, взятое из одного такого исследования1:

сравнение медицинской ЭКГ с Apple Watch

Повторюсь, в моем случае Galaxy Watch 4 также показывает похожую картину с рядом оговорок, о которых мы и поговорим в заключительной части этой статьи.

Что может показать ЭКГ, сделанная Apple Watch или Galaxy Watch. И в чем недостаток такой ЭКГ?

Давайте для простоты возьмем стандартную ЭКГ, сделанную при помощи смарт-часов. Это будет электрокардиограмма в первом отведении (левая рука — «плюс» и правая рука — «минус»).

Мы получим примерно такой результат:

пример кардиограммы на Samsung Galaxy Watch 4

Что мы здесь видим и в чём можем быть уверены на 100%? Конечно же, это деполяризация желудочков (сокращение нижних камер сердца). Невозможно даже допустить мысли, что эти всплески напряжения — ошибка или шум:

деполяризация желудочков на экг galaxy watch 4

Также мы здесь отчетливо видим реполяризацию желудочков, то есть, расслабление нижней части сердца:

реполяризация желудочков на экг galaxy watch 4

Предположить, что это лишь ритмическая ошибка — невозможно. Мы четко видим медленный слабый всплеск волны за каждым высоким всплеском напряжения.

Но где же здесь видна работа предсердий — то, с чего должен начинаться каждый удар сердца? На этой ЭКГ мы не видим характерного небольшого горбика (подъема напряжения) прямо перед всплеском напряжения, вызванного деполяризацией желудочков:

деполяризация предсердий отсутствует

Ответ очень прост — сигнал слишком шумный, чтобы различить в нём деполяризацию предсердий. Поэтому конкретно в этом случае ЭКГ уже ничего не скажет о работе предсердий. Этой информации здесь нет.

А теперь вспомним, что часы в основном умеют определять патологию под названием фибрилляция предсердий или мерцательная аритмия. Логика подсказывает, что это полная ерунда, так как на кардиограмме вообще нет информации о предсердиях, она попросту «утонула» в шуме.

Фибрилляция предсердий — это ситуация, при которой нарушается стройный ритм деполяризации предсердий. То есть, различные узлы в верхней части сердца начинают хаотично возбуждаться когда кому вздумается, из-за чего оно может сокращаться до 700 раз в минуту!

Речь идет не о пульсе 11 раз в секунду (700 раз в минуту), а именно о хаотичной деполяризации верхней части сердца, которая не отвечает за выброс крови в организм. На следующей анимации нормальная работа сердца показана слева, а фибрилляция предсердий — справа (желтым цветом показано движение тока или волн деполяризации):

фибрилляция предсердий анимация

Если мы посмотрим на профессиональную ЭКГ, то сразу заметим мерцательную аритмию. Так как вместо одного небольшого всплеска напряжения перед мощным сокращением сердца (на рисунке — нижняя ЭКГ), мы увидим хаотичную линию (на рисунке — верхняя ЭКГ):

сравнение нормальной кардиограммы и синусовой аритмии

Как же тогда часы могут с огромной достоверностью определить фибрилляцию предсердий? Очень просто! Дело в том, что хаотичная деполяризация верхней части сердца (желудочков) разрушает стройный ритм работы всего сердца. И мы увидим неодинаковые расстояния (неодинаковое время) между деполяризацией желудочков, то есть, нижних камер сердца (на рисунке — верхняя ЭКГ):

фибрилляция предсердий на ЭКГ
Фибрилляция предсердий (сверху) и нормальная ЭКГ (снизу)

Как мы знаем, смарт-часы с высокой точностью показывают на ЭКГ деполяризацию желудочков (высокие всплески напряжения).

При помощи ЭКГ смарт-часов можно не только с очень высокой вероятностью обнаружить мерцательную аритмию, но и другие виды аритмий. К примеру, если все столбики будут находиться слишком близко друг возле друга (пульс свыше 100 ударов) — это тахикардия. Если расстояние между столбиками слишком большое (пульс менее 60 ударов) — это брадикардия.

Также мы можем попробовать проанализировать длительность QRS-комплекса (полное время деполяризации или сокращения желудочков сердца):

QRS комплекс на ЭКГ с часов
QRS-комплекс

Но здесь уже может сыграть свою роль погрешность измерений, так как часы не всегда способны зафиксировать точное начало каждого зубца. Кроме того, детализация часовой кардиограммы уступает вдвое медицинской.

В профессиональной кардиограмме каждый маленький миллиметровый квадратик — это длительность в 20 миллисекунд (кардиограмма пишется со скоростью 50 мм в секунду), а на часах — 50 миллисекунд (скорость записи кардиограммы — 25 миллиметров в секунду):

детализация ЭКГ

И если бы мы хотели посчитать длительность QRS-комплекса на предыдущей картинке, то получили бы примерно 2-2.3 маленьких квадратика. Так как один квадратик — это 50 мс, то длительность QRS комплекса составляет примерно 100-115 мс.

В норме QRS-комплекс должен длиться около 100 мс. Но, опять-таки, я бы не стал в этом случае полагаться на ЭКГ с часов. Слишком большая вероятность ошибки. Также из-за зашумленности сигнала мы не можем анализировать длительность других интервалов и зубцов.

Можно попробовать примерно оценить, нормальная ли у вас электрическая ось сердца. Для этого нужно сделать 3 кардиограммы во всех стандартных отведениях (I, II и III) и сравнить высоту самых высоких зубцов (они называются зубцами R):

зубцы r в разных отведениях
ЭКГ в 3-х отведениях на Galaxy Watch 4

Если высота зубца R в 1-м отведении ниже высоты зубца R во 2-м отведении и выше высоты зубцов R в 3-м отведении, значит, электрическая ось вашего сердца находится в нормальном положении.

Но это уже, скорее, забавы ради, а не для постановки диагноза. Так как слишком много переменных нужно учесть и слишком большая вероятность получить различные ошибки на каждом этапе.

Однако всё это не отменяет того факта, что мы можем использовать ЭКГ на часах для определения аритмий или наличия фибрилляции предсердий. Подобные патологии человек может не ощущать годами, что иногда приводит к печальным последствиям.

ЭКГ на смарт-часах уступает медицинскому прибору, но не является бесполезной игрушкой. Врач-кардиолог, увидев подобную электрокардиограмму, естественно, не станет даже анализировать её. Так как это будет только одно отведение (а в медицине используется 12 отведений), что не позволит ему провести полноценный анализ.

Кроме того, на вашей кардиограмме может быть слишком много шума, в котором затеряются некоторые волны. В частности, на моей ЭКГ нет никакой информации о работе предсердий.

Но вам никто не мешает анализировать то, что на кардиограмме точно есть и соответствует действительности. Это в любом случае гораздо лучше, чем не иметь вообще никакой информации.

Алексей, главред Deep-Review

 

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

 

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии...

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Подписаться
Уведомить о
26 комментариев
Новые
Старые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Ivan
2 дней назад

Спасибо. И интересно, и полезно.

Olha
1 месяц назад

Спасибо! Впечатлило, так просто написать о сложном — респект!
Статья встретилась случайно, часов нет, но … подписалась на Ваш канал ))

Sergey
1 месяц назад

Спасибо! После покупки Watch 4 ваша статья очень пригодилась. Не болейте!

Андрей
1 месяц назад

Открыл для себя Ваш сайт и нахожусь в полном восторге. Статьи читаются запоем!
Большое спасибо за вашу работу!

Григорий
1 месяц назад

Традиционно отличное и нигде до этого не виденное (мною) объяснение (и традиционно же удивляюсь почему сами производители не могут вот на таком примерно уровне все объяснить — им же это только на руку — больше доверия и меньше негативных отзывов).

После прочтения осталось пара вопросов:

  1. тахикардию и брадикардию, судя по описанию самих терминов можно определить просто по пульсу в состоянии покоя. ЭКГ для этого не нужен. Это так?
  2. если не пытаться часами снять несколько ответвлений, то в графике ЭКГ смысла вроде как нет — то есть, можно просто переименовать экг в «датчик мерцательной аритмии» который будет выдавать да/нет?
Последний раз редактировалось 1 месяц назад Григорий ем
Дмитрий
1 месяц назад
Ответить на  Григорий

Прям снял с языка. Тоже думается, что брадикардию и тахикардию можно просто определить по пульсу, а фибрилляцию предсердий — так можно просто взять у кого нить из знакомых раз в месяц замерять ЭКГ с часов.

Олег
1 месяц назад

Алексей, — Вы меня в очередной раз приятно удивляете. Большинство моих сокурсников не смогли во время учебы в университете (а те кто не был связан с необходимостью трактования ЭКГ и во время работы) разобраться в принципах и в анализе ЭКГ. Вы же разобрались на удивительном для не врача уровне, и что особенно поразительно, доступно описали. Браво!

Сергей
1 месяц назад

Как всегда было очень интересно прочитать вашу статью, но у меня остался один несовсем понятный момент.
Вы пишите: «И мы увидим неодинаковые расстояния (неодинаковое время) между деполяризацией желудочков, то есть, нижних камер сердца (на рисунке — верхняя ЭКГ)» это мерцательная аритмия, что плохо, однако в статье Фитнес-браслеты и часы не измеряют вариабельность сердечного ритма!, то же самое расстояние Вы называли «Вариабельность сердечного ритма (HRV и оно должно быть различным, что есть хорошо. Вроде как противополжные значения одного и того же явления.

Последний раз редактировалось 1 месяц назад Сергей ем
Сергей
1 месяц назад
Ответить на  Алексей (Deep-Review)

Спасибо, как то так и думал, но решил уточнить.

Иван
1 месяц назад

Больше спасибо за статью! Очень увлекательно и понятно 🙂

Нурик
1 месяц назад

Отличная статья

Александр
1 месяц назад

Эссе великолепное. Особенно радует актуализация Вами персонализированного скрининга физиологических функций человека в современных гаджетах. Однако, техническая составляющая точности оценки временных параметров ЭКГ, приведенная в скриншотах, не соответствует реальности! Для правильной оценки нужны исходные данные. Если такие данные можно будет экспортировать в какой- либо внешний ресурс — цены не будет такому гаджету :-). В любом случае спасибо за конструктивность Вашего подхода.

Александр
1 месяц назад
Ответить на  Алексей (Deep-Review)

Вы отчасти правы относительно оценки всех возможных временных параметров ЭКГ по таким данным. Более того, оценка причин такого нарушения — тем более. Но, и это очень важно, возможна более (на порядки величины) точная оценка аритмии по отношению к измерениям пульса.
Что же касаемо «..самого факта нарушения ритма..», в Вашем понимании (как я понимаю :-)), то достаточно и оценки пульса. Период дискретизации (формально) в «часах» и «браслетах» — 1мс! При этом, нарушение пульса будет означать лишь «разорванный» канал передачи данных.

Алекс
1 месяц назад

Прочитал. Есть вопрос про обратную поляризацию клетки. Совсем непонятно, как приобретается отрицательный заряд. Положительные ионы калия вышли, но положительные натрия остались (которые недавно вошли)!

Алекс
1 месяц назад
Ответить на  Алексей (Deep-Review)

Просто из картинок это не совсем понятно. Если натрий «поступает» в клетку через канал и «расходуется» для возбуждения соседней клетки, то калий только выбывает. А как восполняется его дефицит? Его же только при расходовании не останется через какое-то время?

Последний раз редактировалось 1 месяц назад Алекс ем
Денис
1 месяц назад

Ура! Наконец-то дождался статьи про ЭКГ. И по всей видимости обзор на Watch4 не за горами. Парадоксально, но я, уже являясь обладателям Watch4, всё равно жду на них обзор на этом ресурсе.