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心電図の原理

１０年以上前から心電図をとる機械：心電計に興味はあったのですが、私には未だによく解りません。
心臓のポンプとしての動きは、洞結節から出る信号(刺激)によって制御されています。
洞結節から出た信号は、房室の興奮が収まるまでの時間を稼ぐために房室結節で０.１２〜０.１８秒遅れます。
房室結節を出た信号は、Ｈｉｓ束(ヒス束)を通過し、分かれて右脚と左脚に伝わり、左脚は更に、前枝と後枝に分かれます
ヒス束からはプルキンエ(Purkinje)線維と呼ばれ、長さは数１００μm、直径１０〜１００μmと長く、太く、信号の伝達速度は毎秒２〜４mと非常に早く一気に心室を興奮させます。
正常ではこのように興奮する心臓の筋肉が動く際に出る電気を外部から取り、Ｙ軸にその電圧(電極間の電位差)、Ｘ軸に時間をとってグラフ化したのが心電図です

文字で表すと簡単なのですが、何が解らないって、人間の身体は電気を通します、電気を通すから外部から心臓の筋肉が出す電気を得ることが出来ます。
しかし、電気を通すなら皮膚上に付けた電極間も電気を通すということです
筋肉が出す電気の電圧、身体の各部の電気抵抗が判れば、等価回路を描いて直ぐに理解できるのですが、実際、外部から判るのですからここでは悩まないことにします

心電図は電圧を計測して作るのですから最低２つの電極が必要なのは直ぐに理解できますが、実際には幾つもの電極が付けられています
開けられない箱の中に電気を発生する電気回路があり、回路から発生する電気の一部が箱の外側に漏れてくるとします。
このとき、箱の外から内部の電気回路の異常の有無を推測するにはどうしたらよいでしょうか？
答えは、箱の外側の色々な所から電気を測るしかありません。
それで内部にある回路の異常を推測できるかどうかは判りませんが、幸い出来たので心電図という検査が成立したということでしょう
(医学者には怒られるかも知れませんが、医学は数学や物理と異なって、人間というブラックボックスを相手にしているので理論より経験や実験結果が優先という面が強いです)
余談になりますが、開けられない箱の中を推測するには、外部から放射線や超音波を当てて陰や反射を観察する方法、磁気共鳴のように強い磁場の中で反応するものを観察する方法があります

上図は、心電図を得る方法(誘導法)のイメージです
電極は、右手首、左手首、左足首に付けられています。(右足首はアース電極)
心臓の機能が正常な場合、心臓の筋肉から生じる電気は、上図黒線三関係内の太い赤矢印のように動きます
この太い赤矢印は大きさを持つのは当然ですが方向を持っているので、数学で言うところのベクトルです。
ベクトルですから基点を変えれば大きさや方向が変わります。
上図では両手首と左足首の三点間だけですが、胸中央から左胸横に掛けて６つの電極を付けて、色々な電極間の電位差を記録する方法が１２誘導心電図で、詳細な心電図になります
患者に常時つけている心電図モニターなどでは、胸にだけ電極を３つだけ付ける方法が採用されています(電極の１つはアース)

アース電極は、電灯配電線や近くにある電気機器、患者が使っている電気毛布など身体に誘導されている電気を除去するために必ず必要です
(身体に誘導される電気は、アースに対しては同じ電位で同相なので、アナログ回路では差動増幅器で除去できる)

電気的に言えば、心電図を取るときのアース極以外は浮いていますから、アース電極に対しては各電極はそれぞれある電位を持っています。
ですから、２つの電極の電位の差によって波の高さ低さが決まり、基準にした電極によってその方向(上下)が決まります

心電図の注意として、心電計で検出できる大きさの電気を発するのは心臓の筋肉だけでは無い、ということです。
手足を動かしている筋肉から出る電気も検出するので、２４時間モニターを装着時、特に歯磨きをしているときに動かす腕の様に周期的な動きをしている場合には異常な心電図と紛らしくなります。