電気軸
心電図の電気軸（QRS電気軸）を求める際、R波とS波の振幅を比較する方法がよく用いられます。しかし、Q波が存在する場合、その振幅も計算に含める必要があるのでしょうか？結論からいうと、QRS電気軸を計算するときはQ波も含めます。
ただし、ここで重要なのはQ波・R波・S波の最大振幅を単純に足し引きする方法は厳密な平均QRS電気軸の計算方法ではないという点です。QRS電気軸の求め方には、大きく分けて次の2つがあります。
- 振幅法（簡便法）：Q波・R波・S波の振幅を用いてQRS波の正味の振幅を計算する方法
- 面積法：QRS波全体の陽性部分と陰性部分の時間積分を求める方法
臨床で用いられる振幅法でもQ波は計算に含めますが、理論的には面積法のほうが平均QRS電気軸の定義に忠実です。今回は、Q波を含める理由、実際の計算方法、振幅法と面積法の違い、異常Q波や脚ブロックとの関係について詳しく解説します。
なぜQ波も電気軸の計算に含めるのか？
まず、QRS電気軸とは何を表しているのでしょうか。QRS電気軸とは、心室脱分極によって生じる電気的活動を前額面上で平均した「方向」を表すものです。
QRS電気軸は平均QRSベクトルの方向だけを角度で表した指標であり、大きさの情報は含まれていません。平均QRSベクトルそのものは「大きさ」と「方向」を持つベクトル量ですが、QRS電気軸はその「方向」を示す角度というスカラー量です。この2つを明確に区別することが重要です。
心室脱分極はQ波・R波・S波という別々の電気現象から構成されているわけではありません。心室脱分極に伴う電気ベクトルはQRS波の開始から終了まで方向や大きさを変化させています。その電気ベクトルを各誘導軸へ投影した結果がQ波・R波・S波として記録されます。
それぞれの波は次のように定義されます。
- Q波：最初の陰性波であり、初期の脱分極ベクトルの陰性方向への投影
- R波：最初の陽性波であり、その時点の脱分極ベクトルの陽性方向への投影
- S波：R波に続く陰性波であり、後続する脱分極ベクトルの陰性方向への投影
したがって、Q波も心室脱分極の一部である以上、平均QRS電気軸を求める際に除外する理由はありません。これは正常の小さな中隔性Q波でも、心筋梗塞などによる異常Q波でも同じです。ただし、Q波の存在によって平均電気軸がどの程度変化するかは、その振幅だけでなく持続時間や他のQRS成分との関係によって異なります。
実際にQ波を含めて計算してみる
臨床でよく使われる振幅法では各誘導のQRS波の正味の振幅を求めます。計算式は次のとおりです。
QRSの正味の振幅 ＝ R波の振幅 − Q波の深さ − S波の深さ
ここでQ波とS波は基線から測定した陰性波の深さの絶対値です。
例えば、ある誘導で次のようなQRS波が記録されたとします。
- Q波：2 mm
- R波：7 mm
- S波：4 mm
この場合、
7 − 2 − 4 ＝ ＋1 mm
となります。
R波が7 mm、S波が4 mmなのでQ波を無視すれば正味の振幅は＋3 mmです。しかし、Q波を含めると＋1 mmになります。つまり、Q波を無視すると実際より陽性方向へ大きく評価してしまいます。
Q波を含めるかどうかで結果が逆転することもある
例えば、次のようなQRS波を考えてみましょう。
| Q波 | R波 | S波 | 正味の振幅 |
|---|---|---|---|
| 1 mm | 8 mm | 3 mm | ＋4 mm |
| 4 mm | 8 mm | 3 mm | ＋1 mm |
| 6 mm | 8 mm | 3 mm | −1 mm |
| 8 mm | 5 mm | 0 mm | −3 mm |
3行目ではR波が8 mm、S波が3 mmなのでR波のほうがS波より大きいにもかかわらず、Q波を含めたQRS全体は陰性優位となります。
このように、R波とS波だけを比較して陽性優位・陰性優位を判断するとQ波が大きい場合には誤った評価につながる可能性があります。特に異常Q波を伴う心筋梗塞などでは注意が必要です。
なぜ振幅法は厳密な計算方法ではないのか？
QRS電気軸とは、心室脱分極に伴う電気的活動の前額面上における代表的な方向を角度で表したものです。その方向を心室脱分極中の瞬時電気ベクトルの時間平均として定義する場合に直接対応するのが面積法です。ただし、臨床で使われるQRS電気軸には振幅法などによる推定値も含まれるため、面積法だけが唯一の臨床的定義というわけではありません。
平均QRS電気軸を物理学的に求める場合、各波の最大振幅だけではなくQRS波全体の面積を考える必要があります。これは、同じ振幅でも持続時間が異なれば電気的な寄与は異なるからです。
例えば、次の2つのQ波を考えます。
Q波A
- 最大振幅：6 mm
- 持続時間：20 ms
Q波B
- 最大振幅：6 mm
- 持続時間：60 ms
両者のQ波の深さは同じ6 mmです。したがって、振幅法ではどちらも同じ大きさの陰性成分として扱われます。しかし、Q波BはQ波Aより持続時間が長いため陰性方向への時間積分が大きくなります。
仮に両者の波形が三角形であるとすると、面積は次のようになります。
Q波A：
6 × 20 ÷ 2 ＝ 60 mm・ms
Q波B：
6 × 60 ÷ 2 ＝ 180 mm・ms
つまり、最大振幅が同じでも陰性面積には3倍の差があります。平均QRS電気軸を考える際にはこの違いが重要になります。
面積法の計算方法
面積法では、QRS波の開始から終了までの電位を時間積分します。
計算では、
- 基線より上の部分は正の面積
- 基線より下の部分は負の面積
- Q波もS波も負の面積として計算
- R波やR′波などは正の面積として計算
します。
したがって、
正味のQRS面積 ＝ 陽性部分の面積 − 陰性部分の面積
となります。
この方法では、最大振幅だけでなく各波の持続時間や波形の形状も反映されます。したがって、平均QRS電気軸を理論的に考える場合には振幅法よりも面積法が適しています。
なお、QRS面積に基づく平均電気軸の考え方は古くから研究されており、1930年代にはすでにQRS波の面積を用いた電気軸の評価が論じられていました。
Q波とS波は同じ陰性波として扱ってよいのか？
平均QRS電気軸を計算するという目的に限れば、Q波とS波はどちらも陰性成分として扱います。ただし、両者の電気生理学的意味は異なります。
Q波はR波より前に生じる陰性波、S波はR波より後に生じる陰性波です。つまり、両者は心室脱分極の異なる時間帯に記録されます。ここで重要なのは、平均QRS電気軸では興奮ベクトルの時間的な順序が失われるということです。
例えば、次の2つの波形を考えてみます。
- Q波が大きく、R波が小さいQR型
- R波が小さく、S波が大きいrS型
両者では同じ正味の振幅になる場合があります。しかし、前者では初期の脱分極ベクトルが陰性方向に向かい、後者では後期の脱分極ベクトルが陰性方向に向かっています。
つまり、両者の興奮伝播様式は異なります。それでもQRS全体を時間積分した結果が同じであれば、平均電気軸への寄与は同じになります。したがって、平均QRS電気軸が同じでも心室内の興奮伝播が同じとは限りません。これは、左脚前枝ブロック、心筋梗塞、脚ブロックなどの心電図を理解するうえで重要な考え方です。
異常Q波があると電気軸は変化するのか？
異常Q波の出現によって平均QRS電気軸が変化することがあります。例えば、下壁心筋梗塞ではII、III、aVF誘導に異常Q波が出現し、平均QRS電気軸が上方へ偏位する場合があります。ただし、異常Q波が存在することと、必ず左軸偏位が生じることは同義ではありません。
なぜ心筋梗塞で電気軸が変化するのか？
心筋梗塞による異常Q波は単に新しい陰性方向の興奮が生じた結果ではありません。むしろ、正常時に存在していた心筋の電気的起電力の一部が失われ、残存する電気ベクトルの相対的な優位性が変化した結果として理解できます。
例えば、下壁心筋梗塞によって下方へ向かう起電力が減少すると、相対的に上方へ向かう電気ベクトルが優位になることがあります。その結果、下壁誘導のQRS波が陰性優位となり平均電気軸が上方へ偏位する場合があります。
ただし、Q波の深さだけで電気軸が決まるわけではありません。QRS全体の陽性・陰性成分のバランスが重要です。したがって、下壁誘導で異常Q波が認められても、他の脱分極成分によって陽性面積が十分に保たれていれば平均電気軸は正常範囲にとどまることがあります。
脚ブロックがある場合もQ波を含めるのか？
原則としてQRS全体を対象とする平均電気軸ではQ波も含めます。ただし、脚ブロックでは注意が必要です。例えば、右脚ブロックでは右室の遅延興奮によってQRS終末部に比較的大きな電気的成分が出現します。そのため、QRS全体から求めた平均電気軸には遅延した右室興奮の影響も含まれます。
一方、左脚前枝ブロックなどの合併を評価する際には左室興奮をより反映する初期〜中期のQRS成分に着目する考え方もあります。また、右脚ブロックの存在下でQRSの初期60 msの電気軸を評価する方法が紹介されている文献もあります。ただし、これは一般的な平均QRS電気軸の定義を変更するという意味ではありません。
QRS全体の平均電気軸を求めることと特定の時間帯の興奮ベクトルを評価することは区別する必要があります。
R−S法とR−Q−S法の違い
臨床ではQRS波の陽性成分と陰性成分を比較する際に、R波とS波の振幅差を用いることがあります。いわゆるR−S法です。しかし、この方法ではQ波が考慮されません。Q波が存在しない場合にはR−S法とR−Q−S法の結果は一致します。また、Q波が非常に小さい場合には両者の差が臨床的に問題にならないこともあります。
一方、Q波が大きい場合には両者の結果が大きく異なる可能性があります。そのため、Q波を伴うQRS波ではR−S法ではなくR−Q−S法を用いるほうが適切です。ただし、R−Q−S法もあくまで最大振幅に基づく簡便法でありQRS全体の面積を反映しているわけではありません。
実際の心電計はどのように電気軸を計算しているのか？
ここまで、振幅法と面積法について説明してきました。では、実際の自動解析心電計に表示されるQRS電気軸はどちらの方法で計算されているのでしょうか。この点については注意が必要です。
自動解析心電計の電気軸算出アルゴリズムはメーカーや解析プログラムによって異なります。QRS波の代表波形や時間積分値を利用する方法もあれば、別の特徴量や独自のアルゴリズムを組み合わせる場合もあります。
したがって、自動解析心電計に表示されたQRS電気軸が必ずしも単純なR−Q−S法によって求められているとは限りません。
また、自動解析では複数心拍から代表波形を作成したり、ノイズや基線変動の影響を軽減したりする処理が行われることもあります。そのため、手計算による電気軸と自動解析による電気軸が完全には一致しない場合があります。この違いを理解するうえでも、振幅法と面積法を区別しておくことが重要です。
まとめ
心電図のQRS電気軸を計算する際にはQ波も含める必要があります。ただし、計算方法によってQ波の扱い方は異なります。
| 計算方法 | Q波の扱い | 特徴 |
|---|---|---|
| R−S法 | 含めない | Q波がある場合には誤差が生じる |
| R−Q−S法 | 含める | 簡便で実用的な振幅法 |
| QRS面積法 | 含める | 各波の持続時間や形状も反映できる |
| 初期QRSベクトル解析 | 初期成分を評価 | 平均QRS電気軸とは異なる指標 |
今回のポイントを整理すると、次の3つになります。
① Q波も心室脱分極の一部であるため平均QRS電気軸の計算に含める。
正常の中隔性Q波でも心筋梗塞による異常Q波でも同じです。
② 振幅法ではR波の振幅からQ波とS波の深さを差し引く。
Q波を無視すると特に大きなQ波を伴う場合には電気軸の推定に誤差が生じる可能性があります。
③ 理論的な平均QRS電気軸はQRS全体の面積から求める。
最大振幅が同じでも持続時間が異なれば平均電気軸への寄与は異なります。臨床では通常はQ波を含めた正味のQRS振幅を用いて電気軸を推定すれば十分です。しかし、異常Q波が大きい場合、QRS幅が広い場合、QRS波形が複雑な場合などには、振幅法と面積法で異なる結果が得られる可能性があります。
電気軸とは単にR波とS波の大小関係を表すものではなく、QRS波全体の電気的活動を前額面上で平均した方向を表す指標である、という点が最も重要です。
参考文献
- The Physiological Society. Trigonometry of the ECG.
- The determination and the significance of the areas of the ventricular deflections of the electrocardiogram.American Heart Journal. 1934.
- University of Utah. ECG Learning Center: How to Measure the QRS Axis.
- Kligfield P, Gettes LS, Bailey JJ, et al. Recommendations for the Standardization and Interpretation of the Electrocardiogram: Part I: The Electrocardiogram and Its Technology. Circulation. 2007;115:1306–1324.
