Fisika adalah salah satu ketakutan mahasiswa kedokteran dalam mempelajari EKG. Hal ini dikaitkan dengan sulitnya pemahaman dan kurangnya fondasi terhadap dasar fisika. Pada kesempatan kali ini, saya akan menjelaskan fisika EKG dengan rinci namun mudah dipahami.
Depolarisasi
Sebagian besar sel jantung memiliki potensi membran istirahat yang stabil di mana bagian dalam sel memiliki tegangan yang relatif negatif jika dibandingkan dengan bagian luar sel.
Untuk memahami proses pencatatan grafik pada EKG, perhatikan model jantung tiga sel dengan tiga pasang elektroda ditunjukkan pada dibawah ini:
Jika seseorang menempatkan beberapa pasangan elektroda di berbagai posisi di sekitar model sel, tidak ada perbedaan tegangan yang akan dicatat, karena elektroda terkena muatan positif berlebih yang serupa di seluruh model (Panel kiri atas).
Sekarang depolarisasi kecil diterapkan ke sel di salah satu ujung model sel. Saluran Na+ terbuka dan Na+ masuk ke dalam sel sehingga bagian dalam sel menjadi positif, dan permukaan sel mengembangkan muatan yang relatif negatif. Sekarang perbedaan tegangan terukur ada dalam model kita, dengan salah satu ujungnya memiliki muatan permukaan yang relatif negatif (karena aliran masuk Na +) dibandingkan dengan area yang berdekatan yang masih diam (panel kiri tengah).
Karena model tiga sel semakin terdepolarisasi, area aktivasi menyebar dari kiri ke kanan sampai ketiga sel tersebut terdepolarisasi (panel kiri bawah).
Apa Kesimpulannya?
- Ketika gelombang depolarisasi mendekati elektroda positif dari sistem pencatatan, sinyal positif akan direkam.
- Ketika gelombang depolarisasi menjauhi elektroda positif dari sistem pencatatan, sinyal negatif akan direkam.
Pergerakan gelombang depolarisasi ini dapat diukur dengan tiga lead (A, B dan C – Lihat Gambar Jantung Model 3 Sel diatas). Tegangan yang berbeda akan direkam oleh tiga sistem kabel tergantung pada orientasi antara posisi elektroda dan gelombang aktivasi.
Sesuai kesepakatan, ketika gelombang depolarisasi mendekati elektroda positif dari sistem perekam, sinyal positif akan direkam. Sebaliknya, ketika gelombang depolarisasi bergerak menjauh dari elektroda positif, sinyal negatif akan direkam. Perhatikan panel kiri bawah. Untuk lead B, gelombang depolarisasi mendekati elektroda positif, dan sinyal positif direkam. Untuk lead A, gelombang aktivasi bergerak menjauh dari elektroda positif, dan sinyal negatif direkam. Untuk lead C, gelombang aktivasi pertama-tama mendekati dan kemudian bergerak menjauh dari elektroda positif sehingga sinyal yang terekam memiliki sinyal awalnya positif dan kemudian sinyal negatif.
EKG adalah alat untuk mengukur jumlah aktivitas listrik jantung. Karena ventrikel adalah bilik terbesar, depolarisasi ventrikel adalah sinyal terbesar. Amplitudo sinyal akan bergantung pada jumlah jaringan yang terdepolarisasi (lebih banyak jaringan mengarah ke sinyal yang lebih besar), arah depolarisasi (gelombang yang bergerak langsung menuju elektroda positif akan memiliki sinyal terbesar), dan apakah ada “pembatalan” gaya yang ada (misalnya, satu gelombang depolarisasi berjalan menuju elektroda positif dan gelombang lainnya secara bersamaan berjalan menjauh dari elektroda itu).
Repolarisasi
Setelah aktivasi, sel-sel tetap berada dalam fase plateau (panel kanan atas). Karena muatan permukaan ketiga sel serupa, tidak ada perbedaan tegangan yang dicatat oleh ketiga sel tersebut. Selama fase plateau, akan ada periode isoelektrik pada semua sistem, karena ketiga sel memiliki tegangan yang sama (0–10 mV). Namun, dengan meningkatnya permeabilitas K+, sel mulai repolarisasi, dan perbedaan tegangan akan terdeteksi oleh sistem pencatatan (panel kanan tengah). Karena perubahan tegangan lebih bertahap (fase 3 kurang curam daripada fase 0), sinyal listrik yang diukur selama repolarisasi biasanya memiliki amplitudo yang lebih rendah. Pada daerah awal repolarisasi, permukaan sel akan relatif positif ke bagian lain dari model tiga sel, dan defleksi negatif akan terdeteksi di sistem B, dan defleksi positif akan diamati di sistem A (panel kanan bawah).
Lead Standard
Sistem perekaman elektroda standar telah berubah sedikit dari tahun 1940-an. EKG yang terdiri dari 12 sadapan adalah yang paling umum digunakan. 12 sadapan EKG dibagi menjadi enam sadapan ekstremitas dan enam sadapan prekordial.
Limb Leads (Sadapan Ekstremitas)
Ada enam sistem lead ekstremitas, yaitu tiga lead “bipolar” yang berasal dari segitiga Einthoven dan tiga sistem lead “unipolar” yang dikembangkan pada tahun 1940-an.
Sistem sadapan bipolar (segitiga Eienthoven) awalnya dilakukan uji coba dengan menggunakan ember berisi air asin sebagai elektroda. Jika lengan direntangkan, elektroda berjarak sama dari jantung, dan segitiga sama sisi akan terbentuk. Einthoven mengukur beda potensial antara lengan kanan dan kiri (lead I), lengan kanan dan kaki kiri (lead II), serta lengan kiri dan kaki kiri (lead III). Untuk lead I dia mendefinisikan lengan kiri sebagai positif, dan untuk lead II dan III dia mendefinisikan tungkai kiri sebagai positif. Karena jantung dapat didefinisikan sebagai sirkuit tertutup, ketiga sadapan dapat dijumlahkan secara aljabar. Karena dia mendefinisikan kaki kiri sebagai positif pada lead II dan III, maka lead II = lead III + lead I. Faktanya, dalam mesin EKG modern, hanya lead I dan lead II yang diukur, dan lead III sebenarnya diturunkan secara matematis. Elektroda kaki kanan digunakan sebagai ground dan berguna untuk menyaring kebisingan asing. Sebagai poin praktis, jika EKG memiliki jumlah artefak yang signifikan, sebaiknya selalu periksa elektroda kaki kanan untuk memastikan bahwa elektroda tersebut terpasang dengan aman di kulit.
Namun, penting untuk diingat bahwa elektroda untuk ekstremitas tidak boleh ditempatkan di batang tubuh, karena sinyalnya dapat menjadi lemah dan terdistorsi. Sistem perekaman EKG modern yang dirancang untuk pengujian latihan sering kali menggunakan algoritme matematika yang akan “merekonstruksi” EKG 12 sadapan standar dari posisi ekstremitas pada batang tubuh. Sadapan ekstremitas atas ditempatkan tepat di bawah klavikula, dan sadapan ekstremitas bawah ditempatkan di fossa iliaka kiri dan kanan. Secara kolektif, sistem penempatan elektroda ini kadang-kadang disebut petunjuk ekstremitas Mason-Likar untuk menghormati para peneliti yang memperkenalkan konsep ini pada pertengahan 1960-an.
Pada akhir 1940-an, sadapan unipolar dikembangkan. Unipolar sebenarnya adalah istilah yang salah, karena sistem perekaman kelistrikan apa pun memerlukan dua elektroda untuk “melengkapi rangkaian”. Namun, dengan sadapan unipolar, elektroda positifnya adalah lengan kanan, lengan kiri, dan kaki kiri, dan elektroda negatif adalah jumlah dari dua sadapan ekstremitas sisanya. Kabel ini secara tradisional disebut unipolar, karena sinyal diukur dari elektroda utama dan elektroda sisa (jumlah tegangan dari dua elektroda yang tersisa). Istilah unipolar secara bertahap dihapus, tetapi konsepnya tetap berguna untuk secara konseptual memisahkan lead frontal: I, II, dan III yang dikembangkan oleh Einthoven dibandingkan dengan aVR, aVL, dan aVF. Hubungan antara lead bipolar dan lead unipolar dapat lebih dipahami dengan menempatkan elektroda negatif dari masing-masing sistem lead di tengah dan menggambar vektornya.
Pusat umum ditempatkan di tengah jantung. Masing-masing vektor memancar dari jantung dalam satu bidang yang disebut bidang frontal. Lead dapat dikelompokkan berdasarkan arah relatifnya di bidang frontal. Elektroda positif kemudian dapat diorientasikan sebagai permukaan jam. Menurut konvensi, 0° didefinisikan sebagai horizontal dan ke kiri, gerakan searah jarum jam adalah positif, dan gerakan berlawanan arah jarum jam adalah negatif. Dengan konfigurasi ini, menjadi jelas bahwa I dan aVL berada pada arah umum yang sama, masing-masing 0 ° dan −30°, dan sering dikelompokkan bersama sebagai “sadapan lateral”. Demikian pula, sadapan II, aVF, dan III disebut “sadapan inferior” dan masing-masing diorientasikan pada 60°, 90°, dan 120°.
Precordial Leads (Sadapan Prekordial)
Lead pada sumbu frontal melihat gaya listrik jantung hanya dalam satu bidang vertikal. Pada tahun 1930-an, Wilson mengembangkan sistem lead yang memandang jantung dalam bidang horizontal yang memperkenalkan 6 lead di sekitar bagian depan dada. Untuk semua sadapan dada, elektroda negatif adalah jumlah dari sadapan ekstremitas, dan elektroda utama ditempatkan pada posisi berbeda di dinding dada anterior.
Untuk lead V1, elektroda positif ditempatkan di ruang interkostal keempat kanan, lead V2 ditempatkan di ruang interkostal keempat kiri, lead V3 ditempatkan di tengah-tengah antara V2 dan V4, lead V4 ditempatkan di ruang interkostal kelima di linea midclavicular kiri (garis imajiner yang ditarik dari klavikula ke bawah), sadapan V5 ditempatkan pada tingkat yang sama dari V4 di garis linea anterior kiri, dan sadapan V6 juga ditempatkan pada tingkat V4 tetapi diposisikan di garis midaxillaris.
Lokasi lead ini awalnya dipilih untuk menstandarkan penelitian tetapi telah menjadi standar klinis untuk akuisisi EKG. Elektroda positif dari sadapan dada mengelilingi jantung di anterior (V1 – V4) dan lateral (V5 – V6). Penting untuk mencoba menempatkan sadapan prekordial secara konsisten menggunakan penanda anatomi; salah menempatkan kabel yang terlalu tinggi atau terlalu rendah di dinding dada dapat mengubah sinyal yang direkam secara signifikan. Sekali lagi, posisi lead yang benar sangat penting untuk mendapatkan EKG. Penempatan yang salah dari lead prekordial di ruang antar yang lebih tinggi akan mengubah sinyal secara signifikan. Pada wanita, elektroda umumnya harus ditempatkan di bawah payudara jika memungkinkan, tetapi lokasi tetap menjadi kriteria yang paling utama.
Apa yang harus dilakukan jika tidak bisa memasang 10 elektroda untuk EKG 12 lead?
Ada situasi tertentu di mana menempatkan semua 10 elektroda untuk EKG 12-lead bisa jadi sulit. Untuk menanggapi kebutuhan ini, sistem empat kabel yang lebih sederhana telah dikembangkan yang disebut sistem EASI. Empat lead ditempatkan dalam orientasi kira-kira tegak lurus: elektroda ditempatkan di sternum bagian atas (elektroda S), sternum bawah di ruang interkostal kelima (elektroda E), garis midaxillary kanan di ruang interkostal kelima (elektroda I), dan garis midaxillaris kiri di ruang interkostal kelima (elektroda A). Elektroda kelima dapat dipasang di mana saja di batang tubuh.
Selain itu dapat juga menggunakan enam lokasi elektroda standar, yaitu sadapan ekstremitas Mason-Likar (Sadapan ekstremitas atas ditempatkan tepat di bawah klavikula, dan sadapan ekstremitas bawah ditempatkan di fossa iliaka kiri dan kanan), V2 dan V5. Sisa sadapan prekordial lainnya diturunkan secara matematis. Perlu dicatat bahwa sebagian besar mesin EKG mengukur dua sadapan ekstremitas, paling sering lead I dan II, dan memperoleh empat sadapan ekstremitas lainnya dengan hitungan (ingat Hukum Einthoven). Harus diingat bahwa alternatif EKG ini tidak dapat menggantikan EKG 12 sadapan standar.
Tampilan EKG Standard
Dengan mesin EKG modern, semua 12 lead aktif secara bersamaan dan biasanya memperoleh 10 detik data dari listrik jantung. Karena kecepatan kertas biasa adalah 25 mm/detik, setiap “kotak besar” mewakili 0,20 detik.
Format tampilan bervariasi, tetapi secara umum 12 lead ditampilkan dalam empat kolom:
- Kolom 1 : lead I, II, dan III;
- Kolom 2, lead aVR, aVL, dan aVF;
- Kolom 3 lead V1−3; dan
- Kolom 4 :lead V4−6
Jadi dua kolom pertama mewakili lead frontal, dan dua kolom kanan mewakili lead prekordial. Biasanya “strip irama/ritma” dengan 1 sampai 3 lead ditampilkan di bagian bawah halaman. Seperti yang akan terlihat ketika kita membahas aritmia, aktivasi simultan sangat berguna karena memungkinkan perbandingan simultan bentuk gelombang dari beberapa petunjuk yang dapat membantu membedakan morfologi QRS dan lokasi gelombang P pada pasien dengan denyut jantung lambat (bradikardia) atau denyut jantung cepat (takikardia).
Untuk sumbu vertikal, 10 mm berkorelasi dengan 1 mV. Karena sulit untuk menangani fraksi dan tegangan yang dihasilkan oleh jantung sangat kecil saat direkam dari kulit, pada EKG permukaan, tegangan biasanya dijelaskan dengan mm, sehingga defleksi positif 1 mV yang diamati pada kabel biasanya akan dijelaskan setinggi 10 mm.
