Электрические явления, связанные с деятельностью всего сердца, принято рассматривать на примере отдельного мышечного волокна. Это допустимо, поскольку электрические процессы, происходящие в миокардиальной клетке и в сердце в целом, имеют общие закономерности. В состоянии покоя наружная поверхность клеточной мембраны мышечного волокна заряжена положительно (+). При возбуждении ее деполяризованный участок изменяет заряд на отрицательный (-). Реполяризация мышечной клетки сопровождается восстановлением (+) зарядов на ее поверхности.
Процесс распространения по мышечному волокну волны деполяризации, как и волны реполяризации, схематически можно представить в виде перемещения двойного слоя зарядов, расположенных на границе возбужденных заряженных (-) и невозбужденных заряженных (+) участков волокна. Система, состоящая из двух равных по величине, но противоположных по знаку зарядов, называется диполем. Положительный полюс диполя всегда обращен в сторону невозбужденного, а отрицательный полюс – в сторону возбужденного участка мышечного волокна.
Диполь может служить моделью электрической активности отдельного мышечного волокна (элементарный диполь). Элементарный диполь характеризуется разностью потенциалов и является источником элементарной электродвижущей силы (ЭДС). ЭДС – величина векторная; ее характеризуют абсолютное значение и направление. В электрокардиографии принята положительная полярность вектора, т. е. направление от (-) к (+).
На поверхности невозбужденного мышечного волокна разность потенциалов отсутствует – регистрирующий прибор фиксирует изолинию. При появлении возбуждения на границе возбужденных и невозбужденных участков появляется диполь, который вместе с волной возбуждения на ее гребне перемещается по мышечному волокну. Между возбужденными и оставшимися на данный момент в состоянии покоя участками поверхности миокардиального волокна возникает разность потенциалов. Если электрод, соединенный с положительным полюсом регистрирующего прибора (активный, дифферентный), обращен к (+) полюсу диполя, т. е. вектор ЭДС направлен к этому электроду, то регистрируется отклонение кривой вверх (или положительный зубец). В случае, когда активный электрод обращен к отрицательному заряду диполя, т. е. вектор ЭДС направлен от этого электрода, возникает отклонение кривой вниз (или отрицательный зубец).
В каждый момент сердечного цикла в состоянии возбуждения оказывается множество мышечных волокон, которые представляют собой элементарные диполи. При одновременном существовании нескольких диполей их ЭДС взаимодействуют по закону сложения векторов, образуя суммарную ЭДС. Таким образом, при определенных допущениях сердце можно рассматривать как один точечный источник тока – суммарный единый сердечный диполь, продуцирующий суммарную ЭДС.
Импульс к возбуждению сердца в норме генерируют Р-клетки синоатриального узла, обладающие наиболее высоким автоматизмом (способностью