Чтобы понять, как работает электрокардиограф, какие процессы в организме он регистрирует, и что показывает электрокардиограмма - надо описать суть физических процессов, происходящих при сокращении сердечной мышцы.

Восстановим в памяти элементарные знания из курса школьной физики и алгебры.

Работа сердечной мышцы - это электрический процесс, постоянно текущий в организме. Пространство, в котором наблюдается действие электрических сил, называется электрическим полем. Электрическое поле подразумевает существование двух зарядов - положительного и отрицательного. Такой тандем зарядов называется электрическим диполем. На рисунке, с помощью силовых линий, изображено электрическое поле диполя. Между отрицательным и положительным зарядом находится нулевая линия, на которой величина заряда равна нулю. В точке А находящейся на расстоянии R от центра диполя (расстояние R много больше расстояния между зарядами), поле E (направленное по касательной к силовой линии) разложено на две компоненты: E1 - параллельную оси диполя и E2 - перпендикулярную к ней.

Электрический диполь создает разность потенциалов. Вообще, чтобы в любой электрической цепи начал протекать ток, необходима некая внешняя сила неэлектростатической природы. Например, электрический ток, который мы извлекаем в бытовых условиях из электрической розетки - по природе, это энергия падающей воды на ГЭС, или энергия расщепляемого атома на АЭС, или тепловая энергия угля на ТЭЦ. Электрический ток, получаемый в автомобиле - это энергия химических превращений в аккумуляторе, или энергия сжигаемого бензина в двигателе. Электрический ток, заставляющий работать наше сердце, получается в результате биохимических процессов, постоянно текущих в организме. Очень точно это было подмечено в одной из песен некогда популярной рок-группы "Круиз": "Что наша жизнь - обмен веществ в природе".

Но, вернемся к нашим "баранам". Величина, характеризующая источник энергии неэлектростатической природы в электрической цепи, необходимый для поддержания в ней электрического тока называется электродвижущей силой (ЭДС). Вектор ЭДС диполя изображается отрезком прямой, соединяющим оба его полюса, и направлен от отрицательного к положительному заряду.

Только что мы использовали понятие "вектора". Напомним вкратце, что это такое. В точных науках различают скалярные и векторные величины. Скалярные величины не имеют направления в пространстве: масса, площадь, объем. Векторы, кроме абсолютной величины, имеют еще и направление в пространстве. Векторы можно складывать и вычитать. Более подробно об этом написано на странице Вектор - это просто.

Вернемся к нашему диполю. ЭДС является векторной величиной, т.к. характеризуется величиной и направлением в пространстве. Изображается ЭДС в виде прямой со стрелкой на конце. Длина этой прямой характеризует величину ЭДС, а местоположение в пространстве - направление.

Нулевая изопотенциальная линия (изопотенциальная - значит соединяющая точки с одинаковым потенциалом) разделяет поле диполя на две половины - положительное и отрицательное поле. Изопотенциальные линии, расположенные в положительном поле, называются положительными; в отрицательном поле - отрицательными. На рисунке изопотенциальные линии изображены в виде концентрических эллипсов, расположенных вокруг положительного и отрицательного зарядов. Наибольший отрицательный заряд находится рядом с нулевой линией со стороны отрицательного поля, наибольший положительный - со стороны положительного поля. Сила заряда убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от него.

Основоположник электрокардиографии Вильям Эйнтховен рассматривал сердце, как источник электрического тока (во время возбуждения которого в организме образуется электрическое поле), расположенный в центре треугольника, ограниченного правой и левой рукой, и левой ногой (треугольник Эйнтховена). Им было сделано допущение, что тело человека - это проводник тока с постоянным электрическим сопротивлением во всех участках. Левая, правая рука, и левая нога принимались им за три равноудаленные друг от друга и от центра (в котором находится сердце) точки, лежащих в одной фронтальной плоскости. Эйнтховен предположил, что, возникающий во время возбуждения сердца, вектор ЭДС смещался также только во фронтальной плоскости. В дальнейшем эта теория была дополнена и переработана, т.к. различные участки тела человека обладают различным сопротивлением, а электрическое поле сердца постоянно меняет величину и направление и меняется не только во фронтальной проекции. Дальнейшие многочисленные исследования подтвердили применимость теории диполя в клинической электрокардиографии.

Для измерения величины потенциала в различных точках поля используют гальванометры - основной узел электрокардиографа. ЭДС измеряется при помощи двух электродов, которые подсоединяются к положительному и отрицательному полюсам гальванометра.

У гальванометра существует два типа электродов: активный (дифферентный) электрод и неактивный (индифферентный) электрод. Неактивный электрод имеет заряд близкий к нулю (можно сказать, что это электрическая "масса", по аналогии с автомобильным аккумулятором) и присоединяется к отрицательному полюсу гальванометра. Активный электрод присоединяется к положительному полюсу гальванометра и показывает потенциал той точки электрического поля, в которой он находится. Если активный электрод находится в области положительного поля, то гальванометр регистрирует подъем кривой от изолинии (положительный зубец); если в области отрицательного поля - записывается снижение кривой (отрицательный зубец).

Следует знать, что гальванометр регистрирует разность потенциалов. Т.е., прибор будет фиксировать изменение кривой, если на оба электрода подан одинаковый по знаку заряд, но разный по величине.