Ćwiczenie 7

Analiza i modelowanie procesów fizjologicznych
Laboratorium 7
[wersja 2/2016]
Mgr inż. Tomasz Kamiński (autor)
Mgr inż. Ryszard Gomółka (aktualizacje i modyfikacje)
Skrypt do laboratorium – ćwiczenie 7: Model aktywności bioelektrycznej serca
Program ECGSIM
(http://www.ecgsim.org/)
Rysunek 1: Główne okno programu ECGSIM.
ECGSIM umożliwia wizualizację aktywności elektrycznej serca w różnych sekwencjach:
kolorowych map potencjału błonowego; potencjału czynnościowego komórek mięśnia
sercowego; potencjału detekowanego na powierzchni ciała; potencjałów zsumowanych w formie
mapy czasów depolaryzacji (aktywacji) i repolaryzacji.
Przedstawiony model pozwala użytkownikowi dostosowanie elementów symulacji, takich jak
potencjał spoczynkowy komórki; okres trwania potencjału czynnościowego lub jego amplituda
w wybranych obszarach wewnętrznych i na powierzchni mięśniówki serca. Rysunek 1
(ecgsim-startup) prezentuje widok standardowego rozkład okien programu. Ikony na górze
każdego okna to skróty do określonych funkcji programu. Rozwijane menu wzdłuż górnej
krawędzi głównego okna umożliwia zmianę ustawień symulacji i ustawień obrazu.
Ustawienia (Setup display:)
1. W menu "Heart:Orientation" wybierz "Lock 1. to thorax".
2. Powiększ okna “serce” i “tors” (górny rząd) poprzez zmniejszenie okien w niższym
rzędzie. Panel w dolnym prawym rogu będzie służył tylko do oznaczania punktów w
czasie, na mapach potencjału w górnych panelach.
3. Kliknij przycisk “Help” i zobacz jak działa opcja „What's this”. Jest ona przydatna
podczas pracy z programem.
Obserwacja potencjału czynnościowego komórek mięśnia sercowego
1. W menu "Heart:Surface Function" wybierz opcję "Heart surface potential" lub kliknij
przycisk, powyżej obrazu serca, zawierający czerwone linie obramowania.
2. Użyj klawiszy strzałek by przesunąć się w przód i w tył w dziedzinie czasu. Zobacz jak
zmienia się rozkład potencjału na powierzchni serca. Automatyczną podstawę czasu uruchamia
przycisk "start/stop movie" – ostatni przycisk po prawej stronie.
3. Obróć powierzchnię serca i obejrzyj ją z różnych stron, by łatwiej zaobserwować aktywność.
Pamiętaj by zajrzeć do komór serca, jak również spojrzeć na jego powierzchnie zewnętrzne.
Opisz obserwacje.
Obserwacja mapy czasu aktywacji
1. W menu "Heart:Surface Function" wybierz opcję "Depolarization times".
2. Obróć powierzchnię serca i obejrzyj ją z różnych stron, by łatwiej zlokalizować
jego aktywność.
3. Powinieneś zaobserwować zgodność pomiędzy pojedynczą mapą pokazującą czas pobudzenia
komórek, a sekwencją zdarzeń widzianą na ekranie podczas obserwacji potencjałów
powierzchniowych. Porównaj oba widoki (potencjały i czasy depolaryzacji/aktywacji) by
upewnić się, że powiązanie jest klarowne. Opisz obserwacje.
Obserwacja potencjałów przezbłonowych (transmembrane action potential)
1. W menu "Heart:Surface Function" wybierz opcję „Transmembrane potential” lub kliknij
na przycisk Vd.
2. Użyj klawiszy strzałek, by przesunąć dziedzinę czasu i zobaczyć jak zmienia się rozkład
potencjału na powierzchni. Automatyczną podstawę czasu uruchamia przycisk
"start/stop movie" – ostatni przycisk po prawej stronie.
3. Symulacja powinna uwypuklić, jak potencjał błonowy jest powiązany z
potencjałami na powierzchni serca. Porównaj napięcie przezbłonowe z napięciem
powierzchni pozakomórkowych i sprawdź, czy relacja obu jest dla ciebie zrozumiała. Opisz
obserwacje.
Potencjały na powierzchni ciała
1. W menu "Heart:Surface Function" wybierz opcję "Heart surface potential".
2. W menu "Thorax:Surface Function", wybierz opcję "Simulated potentials" (przycisk z
czerwonymi liniami obramowania nad obrazem torsu).
3. Użyj klawiszy strzałek, by przesuwać dziedzinę czasu i zobacz jak zmienia się rozkład
potencjału na powierzchni (automatyczną podstawę czasu uruchamia się przyciskiem
"start/stop movie" – ostatni przycisk po prawej stronie).
4. Obróć powierzchnię torsu i obejrzyj ją z różnych stron, by łatwiej zlokalizować
aktywność elektryczną.
5. Patrząc równocześnie na serce i powierzchnię torsu, spróbuj określić wspólne cechy
widzianych aktywności elektrycznych na ich powierzchni. Spróbuj wyciągnąć wnioski o tym,
jak informacja z serca przenoszona jest na powierzchnię ciała. Czy wszystko, co jest widoczne
na powierzchni serca jest wyraźnie skorelowane z powierzchnią ciała? Czy każda cecha lokalna
powierzchni serca objawia się wyraźnie na powierzchni ciała? Czy zawsze wystarczy spojrzeć na
mapę powierzchni ciała, by przewidzieć jak wygląda mapa serca?
Pytania uzupełniające:
1. Czy z zapisu aktywności elektrycznej serca można można wywnioskować, które
rejony serca są aktywne?
2. Czy istnieje cecha w zapisie aktywności elektrycznej serca która mogłyby wskazywać,
kiedy występuje repolaryzacja, tzn. jeśli miałbyś przewidywać repolaryzację tylko z
zapisu aktywności elektrycznej serca , która część sygnału wskazuje na czas
repolaryzacji?
3. Spróbuj wskazać cechę zapisu aktywności elektrycznej serca, która zależy od czasu
trwania potencjału czynnościowego.
Zaburzenia pracy serca i ich odzwierciedlenie w zapisie aktywności
elektrycznej serca (zadanie domowe)
Uruchom stronę: http://www.skillstat.com/tools/ecg-simulator
Na stronie tej przedstawiono zapis EKG poprawnej pracy serca oraz zapisy EKG w stanach
nieprawidłowych. Wybierz trzy dowolne zapisy EKG nieprawidłowej pracy serca i
scharakteryzuj je (odnosząc się do zapisu prawidłowego EKG).
Cardiac Arrhythmia – arytmia serca
Sinus Bradycardia - Bradykardia zatokowa - zaburzenia powstawania bodźca w
układzie bodźcotwórczym; (pol.) Bradykardia (łac. bradycardia) – stan kiedy częstość rytmu
serca (HR - heart rate) wynosi poniżej 50 uderzeń na minutę.
Sinus Tachycardia - Tachykardia zatokowa - to przyspieszenie fizjologicznego rytmu
serca (tak zwanego rytmu zatokowego, czyli nadawanego przez węzeł zatokowy)
powyżej 100 uderzeń na minutę.
Atrial Flutter - Trzepotanie przedsionków - szybki, uporządkowany rytm serca
pochodzenia przedsionkowego, o częstości 250-350/ minutę.
Atrial Fibrillation - Migotanie przedsionków – najczęstsze zaburzenie rytmu serca,
polegające na nieskoordynowanym pobudzeniu przedsionków serca, któremu może
towarzyszyć szybka i nieregularna akcja komór.
Ventricular Tachycardia - Częstoskurcz komorowy- zaburzenie rytmu serca
polegające na wystąpieniu nieprawidłowej, przyśpieszonej czynności skurczowej serca,
pochodzenia ośrodka zlokalizowanego w mięśniu komór serca.
Ventricular Fibrillation - Migotanie komór - zaburzenie rytmu serca, polegające na
szybkiej i nieskoordynowanej pracy serca (częste pobudzenia mięśnia sercowego w
okresie refrakcji względnej), które jeśli nie zostanie szybko przerwane (do kilku minut)
nieuchronnie prowadzi do śmierci.
Wolff-Parkinson-White Syndrome - Zespół Wolffa-Parkinsona-White'a (obecność
dodatkowych dróg przewodzenia przedsionkowo- komorowego) – zaburzenie
przewodzenia impulsu elektrycznego w sercu, należące do tzw. zespołów preekscytacji,
spowodowane obecnością dodatkowej drogi przewodzenia, tzw. pęczka Kenta,
stanowiącej bezpośrednie połączenie przedsionków z komorami (impuls omija węzeł
przedsionkowo-komorowy i pęczek Hisa).