esplorazione
Come si legge un ECG: spiegato a chi non è medico
Quadretti, onde P, QRS e T e la regola del 300: come si legge un elettrocardiogramma e perché la macchina riesce a sentire un millivolt.
Un elettrocardiogramma sembra un ghirigoro su carta rosa, ma è un grafico come quelli di scuola: in orizzontale c’è il tempo, in verticale la tensione elettrica. Ogni battito disegna sempre la stessa sequenza di onde, che si chiamano P, QRS e T, e con tre regole e un po’ di quadretti si capisce già molto: quanto va veloce il cuore, se il ritmo è regolare, se l’impulso elettrico fa la strada giusta.
In breve · tocca per girareCome si legge un ECG?
La carta scorre a 25 mm al secondo: un quadratino vale 0,04 secondi, un quadrato grande 0,2 secondi.
Ogni battito è un’onda P (gli atri), un picco QRS (i ventricoli) e un’onda T (i ventricoli che si ricaricano).
Per la frequenza: 300 diviso il numero di quadrati grandi tra due picchi R.
L’elettrocardiografo è una delle prime macchine che si studiano in ingegneria biomedica, e c’è un motivo: dentro ci sono la fisiologia del cuore, l’elettronica degli amplificatori e la sicurezza elettrica del paziente, tutto insieme. Qui provo a spiegarlo come avrei voluto che lo spiegassero a me la prima volta: cosa si guarda, e soprattutto perché funziona così.
Una premessa importante: questo articolo spiega come è fatto un tracciato, non serve a fare diagnosi. Un ECG lo interpreta sempre un medico, insieme ai sintomi e alla storia di chi lo fa.
Cosa registra davvero un ECG
Il cuore è un muscolo comandato dall’elettricità. Ogni battito parte da un gruppo di cellule nell’atrio destro, il nodo seno-atriale, che si scarica da solo 60-100 volte al minuto. Da lì un’onda elettrica si allarga sugli atri, rallenta un attimo nel nodo atrio-ventricolare, poi corre lungo fibre speciali fino ai ventricoli, che si contraggono e spingono il sangue.
Quell’onda è fatta di milioni di cellule che cambiano carica. A riposo l’interno di una cellula del muscolo cardiaco è a circa -90 millivolt rispetto all’esterno; quando arriva l’impulso la carica si inverte per un istante, la depolarizzazione, e la cellula si contrae. Il corpo è fatto in gran parte di acqua salata, che conduce bene, così una piccola parte di questa attività arriva fino alla pelle: circa un millivolt, mille volte meno di una pila stilo.
L’ECG fa solo questo: ascolta. Gli elettrodi sulla pelle misurano differenze di tensione minuscole e la macchina le disegna nel tempo. Non manda corrente nel corpo e non fa male: è uno degli esami più sicuri e più economici che esistano, e per questo si fa ovunque, dall’ambulanza al medico di base.
La carta: il segreto è nei quadretti
La carta di un ECG non è rosa per bellezza: è un righello. Nello standard internazionale scorre a 25 millimetri al secondo, e la macchina è tarata in modo che 1 millivolt faccia salire la traccia di 10 millimetri. Da queste due regole viene tutto il resto:
- un quadratino (1 mm) in orizzontale vale 0,04 secondi, in verticale 0,1 millivolt;
- un quadrato grande (5 quadratini) vale 0,2 secondi;
- cinque quadrati grandi fanno un secondo.
Su ogni tracciato, all’inizio o alla fine, c’è un piccolo gradino rettangolare alto 10 millimetri: è la taratura, la prova che la macchina sta usando la scala giusta. Se è alto la metà, tutte le onde vanno lette raddoppiate.
Un battito, cinque lettere
Le lettere le scelse nel 1895 il fisiologo olandese Willem Einthoven. Non sono iniziali di niente: con ogni probabilità seguì l’abitudine dei matematici di chiamare i punti di una curva con le lettere dal centro dell’alfabeto. Ognuna corrisponde a un momento preciso del battito.
- Onda P: piccola e arrotondata. È l’impulso che si allarga sugli atri, le due stanze superiori del cuore.
- Intervallo PR: dall’inizio della P all’inizio del QRS, normalmente 0,12-0,20 secondi (3-5 quadratini). È soprattutto la pausa nel nodo atrio-ventricolare, che fa finire di riempire i ventricoli prima che si contraggano.
- Complesso QRS: il picco alto e stretto. Sono i ventricoli che si attivano, e siccome hanno molto più muscolo degli atri il segnale è molto più grande. Normalmente dura meno di 0,12 secondi, meno di tre quadratini: è stretto perché l’impulso viaggia su «autostrade» dedicate, le fibre di Purkinje, a qualche metro al secondo.
- Onda T: più larga e morbida. Sono i ventricoli che si ripolarizzano, cioè tornano alla carica di riposo, pronti per il battito successivo.
Manca qualcosa? La ripolarizzazione degli atri: avviene mentre i ventricoli fanno il QRS, e sparisce sotto un segnale molto più grande.
Quanti battiti al minuto: la regola del 300
La prima cosa che si guarda è la frequenza, e si calcola a mano in pochi secondi. Si prendono due picchi R vicini e si contano i quadrati grandi che ci sono in mezzo, poi si divide 300 per quel numero.
Perché proprio 300? Perché in un minuto la carta scorre per 60 × 25 = 1500 millimetri, cioè 300 quadrati grandi. Se tra due battiti ci sono 4 quadrati grandi, in un minuto ci stanno 300 ÷ 4 = 75 battiti. Con 3 quadrati sono 100, con 5 sono 60, con 6 sono 50. È una divisione, niente di più.
Se il ritmo è irregolare la regola del 300 non funziona, perché ogni intervallo è diverso. Allora si contano i complessi QRS in una striscia di 6 secondi (30 quadrati grandi) e si moltiplica per 10.
A riposo un adulto sta di solito tra 60 e 100 battiti al minuto. Sotto si parla di bradicardia, sopra di tachicardia: sono solo parole che descrivono un numero, e non vogliono dire per forza malattia. Uno sportivo allenato può stare tranquillamente a 45 battiti a riposo, e chiunque sale sopra 100 salendo le scale.
Il ritmo: regolare e «sinusale»
Il referto più comune dice «ritmo sinusale». Vuol dire che il battito parte dal posto giusto, il nodo seno-atriale, e si riconosce da tre cose:
- davanti a ogni QRS c’è un’onda P, e dopo ogni P arriva un QRS;
- l’intervallo PR è sempre uguale;
- la distanza tra un battito e l’altro è regolare (con piccole variazioni naturali: il cuore accelera un po’ quando inspiriamo e rallenta quando espiriamo).
Il disturbo del ritmo più diffuso, la fibrillazione atriale, si vede proprio qui: le onde P spariscono e al loro posto c’è una linea che trema, perché gli atri non si contraggono più insieme ma «vibrano». I QRS arrivano a distanze tutte diverse, senza nessuno schema. È il tracciato che gli orologi intelligenti cercano di riconoscere.
Perché le derivazioni sono dodici
Un ECG standard si fa con 10 elettrodi: quattro su braccia e gambe e sei sul petto. Eppure il tracciato ha 12 righe, che si chiamano derivazioni. Il motivo è che una derivazione non è un elettrodo, ma una differenza di tensione tra due punti: con 10 elettrodi si possono costruire 12 «punti di vista» diversi sullo stesso cuore.
Le prime tre le inventò Einthoven: braccio destro, braccio sinistro e gamba sinistra formano un triangolo con il cuore più o meno al centro. La derivazione I guarda da destra a sinistra, la II e la III dall’alto verso il basso. La regola che fa capire tutto è una sola: quando l’onda elettrica corre verso l’elettrodo positivo, la traccia sale; quando si allontana, scende. Per questo lo stesso battito ha forme diverse in ogni derivazione, come un oggetto fotografato da angolazioni diverse.
Alle tre di Einthoven negli anni Trenta e Quaranta si aggiunsero tre derivazioni «aumentate» (aVR, aVL, aVF) e le sei del torace (da V1 a V6), che guardano il cuore su un piano orizzontale. Così il medico può capire anche dove sta un problema: un infarto della parete inferiore, per esempio, si vede soprattutto nelle derivazioni II, III e aVF, cioè quelle che guardano il cuore dal basso. L’elettrodo sulla gamba destra, invece, non fa parte di nessuna derivazione: serve all’elettronica, come vediamo tra poco.
Perché funziona così: il problema da ingegnere
Registrare un ECG sembra facile, ma è un piccolo capolavoro di elettronica. Il segnale utile è di circa un millivolt, mentre il corpo, che fa da antenna, raccoglie dalla rete elettrica di casa un disturbo a 50 hertz che può essere centinaia di volte più grande. È come voler sentire un sussurro durante un concerto.
La soluzione è l’amplificatore differenziale: invece di amplificare la tensione di un elettrodo, amplifica solo la differenza tra due elettrodi. Il disturbo della rete arriva quasi uguale su tutto il corpo, quindi nella differenza si cancella; il segnale del cuore invece è diverso nei due punti e resta. La qualità di questa cancellazione si misura con un numero, il CMRR, e in un buon elettrocardiografo supera i 100 decibel: il disturbo comune viene attenuato più di centomila volte.
Poi ci sono altri trucchi:
- Il «piede destro attivo»: l’elettrodo sulla gamba destra non misura niente, ma riceve dall’apparecchio una piccola tensione che compensa il disturbo, come una cuffia con la cancellazione del rumore.
- I filtri: per un ECG diagnostico si tengono le frequenze tra circa 0,05 e 150 hertz. Il limite basso serve a non deformare il tratto tra QRS e T, quello che il medico guarda per l’infarto; nei monitor dei reparti si usa una banda più stretta, che fa una traccia più pulita ma meno fedele.
- Gli elettrodi: il gel e lo strato di argento e cloruro d’argento trasformano la corrente fatta di ioni del corpo in corrente fatta di elettroni dei cavi, con un contatto stabile. Un elettrodo secco o staccato a metà fa una traccia piena di onde finte, gli artefatti, come quelli di chi trema dal freddo durante l’esame.
- La sicurezza: il paziente è collegato con dei fili a una macchina attaccata alla presa. L’elettronica dalla parte del paziente è isolata da quella di rete, e le correnti che possono scappare verso il corpo sono limitate per norma a pochi microampere.
Ogni scelta ha un perché preciso. Nell’Ospedale virtuale del sito c’è un simulatore del disturbo di rete dove si vede la traccia ripulirsi alzando il CMRR e accendendo il filtro.
Da 270 chili a un orologio
Il primo elettrocardiogramma umano lo registrò nel 1887 a Londra il fisiologo Augustus Waller, con uno strumento a mercurio poco preciso. Einthoven, all’inizio del Novecento, costruì il galvanometro a corda: un filo sottilissimo di quarzo argentato teso tra due magneti, che si muoveva con la corrente del cuore, e la sua ombra veniva fotografata su una lastra che scorreva. La macchina pesava circa 270 chili, serviva una stanza intera e cinque persone per farla funzionare, e i pazienti dovevano mettere mani e piede in secchi di acqua salata, che facevano da elettrodi. Per questa invenzione Einthoven ricevette il premio Nobel per la medicina nel 1924.
Oggi lo stesso principio sta in un orologio. Nel 2018 la FDA americana ha autorizzato la prima funzione ECG di uno smartwatch, che registra una sola derivazione, molto simile alla I di Einthoven: un elettrodo è sul retro dell’orologio, l’altro è il dito dell’altra mano sulla corona. Il triangolo, in pratica, si chiude passando dal petto. Una sola derivazione basta per riconoscere bene la fibrillazione atriale, ma non sostituisce un ECG a 12 derivazioni: per un infarto servono tutti i punti di vista.
Cosa un ECG non può dire
L’ECG è una fotografia di pochi secondi dell’attività elettrica. Un tracciato normale non esclude ogni problema: un’aritmia che compare una volta al giorno può non esserci proprio in quei dieci secondi, ed è per questo che esiste l’Holter, un piccolo registratore che si porta addosso per 24 ore o più. E l’ECG non vede direttamente le valvole, la forza del muscolo o le arterie: per quello servono l’ecografia del cuore e altri esami.
Se si hanno dolore al petto, fiato corto o palpitazioni, non si legge un tracciato da soli: si chiama il 112 o si va dal medico.
Provalo tu
Nell’Ospedale virtuale ho costruito una sezione intera sul cuore: l’impulso elettrico e come lo legge l’ECG, con il cuore in 3D da girare, l’elettrocardiografo da accendere e, tra i giochi dell’ospedale, «Che ritmo è?», per allenarsi a riconoscere i tracciati.
La prossima volta che vedi una striscia rosa a quadretti, prova a contare i quadrati grandi tra due picchi. Adesso sai che stai leggendo, un quadratino alla volta, l’impianto elettrico del tuo cuore.
Fonti
- The Nobel Prize, Willem Einthoven, premio Nobel per la medicina 1924
- NHS, servizio sanitario inglese, Electrocardiogram (ECG)
- FDA, autorizzazione De Novo DEN180044 della funzione ECG su smartwatch (2018)
Fine dell'articolo
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