心电图的产生原理

心电图的产生原理中国医科大学附属第一医院心功能科心电多媒体工作室心脏活动的主要表现之一是产生电激动，它出现在心脏机械性收缩之前。心肌激动的电流可以从心脏经过身体组织传导至体表，使体表的不同部位产生不同的电位变化。本图可见窦房结形成起搏后，迅速将冲动通过传导系统传至心脏各部形成心肌整体的电活动，然后心肌形成机械性收缩。按照心脏激动的时间顺序，将此体表电位的变化记录下来，形成一条连续曲线，即为心电图。在正常情况下，每次心动周期在心电图上均可出现相应的一组波形。PQRSTP,QRS,T一组典型的心电图波形是由下列各波和波段所构成：PTP-RQRSSTU1、P波：反映心房肌除极过程的电位变化；2、P-R间期：代表激动从窦房结通过房室交界区到心室肌开始除极的时限；3、QRS波群：反映心室肌除极过程的电位变化；4、T波：代表心室肌复极过程所引起的电位变化；5、S-T段：从QRS波群终点到达T波起点间的一段水平线；6、Q-T间期：从QRS波群终点到达T波终点间的时限；7、U波：代表动作电位的后电位。一、心肌的除极和复极过程：1、静息膜电位：近年来通过电生理学的研究，用微电极的一端刺入正常静息状态下的单一心肌细胞，把电位计的正极端与此微电极相连，电位计的负极端放在细胞外液中并与地相接，使细胞外液的电位为零。这时所测得的细胞内电位约为-90毫伏，即在静息状态下心肌细胞内电位比细胞外电位低90毫伏，这种静息状态下心肌细胞内外的电位差称为跨膜静息电位，简称静息膜电位。在静息状态下，心肌细胞膜外带有正电荷，膜内带有同等数量的负电荷，称为极化状态。请看下页水槽生理盐水心肌细胞电压表（mv)0-90在静息状态下，心肌细胞内外各种离子的浓度有很大差别。细胞内钾离子（K+）浓度约为细胞外K+浓度的30余倍；与此相反，细胞外钠离子（Na+）浓度则远高于细胞内Na+浓度。至于阴离子，在细胞内以蛋白阴离子的浓度为高，而在细胞外液以氯离子（阴离子）的浓度为高。2、动作电位：当心肌细胞膜某点受刺激时，受刺激处的细胞膜对Na+的通透性突然升高，而对K+的通透性却显著降低，因此细胞外液中的大量Na+渗入到细胞内，使细胞内Na+大量增加，细胞内电位由-90毫伏突然升高到+20～+30毫伏（跨膜电位逆转）。请看下页心肌细胞电压表（mv)-90刺激+20心肌细胞除极，心肌细胞内电位变化由激动所产生的跨膜电位，称为跨膜动作电位，简称动作电位。心肌细胞激动后，膜表面变为负电位，膜内变为正电位，这种极化状态的消除称为除极。除极在动作电位曲线上表现为一骤升线，称为动作电位0相。0相相当于单极电图或临床心电图的R波。请看下页除极刺激0+200-60-90(mV)R波复极时，细胞膜对Na+的通透性迅速降低，对K+的通透性重新升高，使细胞内K+又开始外渗，因而细胞内正电位迅速下降，接近零电位水平，此时期称为动作电位1相。相当于单极电图或临床心电图的J点。请看下页0+200-60-90(mV)R波J点1向内的Na+流与向外的K+流迅速达到平衡，使细胞内电位接近零电位水平，在动作电位曲线上形成一高平线，称为动作电位2相。相当于单极电图或临床心电图的S-T段。请看下页0+200-60-90(mV)12R波ST2相末时，细胞膜对K+的通透性大大增加，故K+从膜内高浓度处加速外渗，使细胞内电位迅速下降，变为负电位，相当于单极电图或临床心电图的T波。请看下页0+200-60-90(mV)12R波STT3当细胞内电位终于恢复到-90毫伏并维持在此水平上，即为静息膜电位，这个时期称为4相。4相相当于单极电图或临床心电图T波后的等电位线。请看下页0+200-60-90(mV)12R波STT34从0相开始到4相开始的时间称为动作电位的时限，相当于Q-T间期。请看下页0+200-60-90(mV)12R波STT34QT间期二、除极与复极过程的电偶学说1、除极的电偶学说：心肌细胞在静息状态时，膜外排列阳离子带正电荷，膜内排列同等比例阴离子带负电荷，保持平衡的极化状态，不产生电位变化。请看下页探测电极当细胞一端的细胞膜受到刺激（阈刺激），其通透性改变，使细胞内外正、负离子的分布发生逆转，受刺激部位的细胞膜出现除极化，使该处细胞膜外的正电荷（钠离子）迅速进入细胞膜内，此时该处细胞膜外呈负性电位，而其前面尚未除极的细胞膜外仍带正电荷，从而形成一对电偶（也称为偶极子）。请看下页电源除极电源（正电荷）在前，电穴（负电荷）在后。电穴也称为偶极子刺激－＋电穴电源除极除极时，电流自电源流入电穴，并沿着一定的方向迅速扩展，直到整个心肌细胞除极完毕。请看下页此时心肌细胞膜内带正电荷，膜外带负电荷，称为除极状态。由于细胞的代谢作用，使细胞膜又逐渐复原到极化状态，这种恢复过程称为复极过程。复极与除极先后程序一致，即先除极的部位先复极，但复极化的电偶是电穴在前，电源在后，并缓慢向前推进，直至整个细胞全部复极为止。请看下页0复极1234就单个细胞而言，在除极时，探测电极对向电源（即面对除极方向）产生向上的波形，若背向电源（即背离除极方向）则产生向下的波形，若探测电极在细胞中部则记录出双向波形。请看下页(+)电源(-)电穴探测电极部位和波形与心肌除极方向的关系除极方向复极过程与除极过程方向相同，但复极化过程的电偶是电穴在前，电源在后，因此记录的复极波方向与除极波相反。请看下页在实验的条件下，由于复极与除极的程序相同，即电穴在前电源在后，故在单极电图所记录的复极波(T波)与除极波(QRS波群)方向相反。T需要注意，在正常人的心电图中，记录到的复极波方向常与除极波主波方向一致，与单个心肌细胞不同。这是因为正常人心室的除极从心内膜向心外膜，而复极则从心外膜开始，向心内膜方向推进，是因为心外膜下心肌的温度较心内膜下高，心室收缩时，心外膜承受的压力又比心内膜小，故心外膜处心肌复极过程发生较早。请看下页心内膜外膜本图所显示的就是心内膜和心外膜除极过程：探测电极置于心外膜。除极时，从心内膜开始，然后，心外膜才开始除极，两者除极方向相反。由于内膜先除极，探测电极所记录为正向波。心内膜外膜本图为实验条件下，心肌细胞先除极的部位先复极，故使内膜先复极完毕，T波的方向与QRS波群主波方向相反。心内膜外膜加温由于心外膜温度升高于心内膜，故交换速度加快，使其复极先于心内膜结束，致使T波主波方向与QRS主波方向一致。这也是正常心肌形成的除极、复极状态。由体表所采集到的心脏电位强度与下列因素有关：①、与心肌细胞数量（心肌厚度）呈正比关系；请看下页刺激②、与探查电极位置和心肌细胞之间的距离呈反比关系；③、与探查电极的方位和心肌除极的方向所构成的角度有关，夹角愈大，心电位在导联上的投影愈小，电位愈弱。左图为右室心肌的电动力强度右图为左室心肌的电动力强度00本图红色箭头表示心电动力线，该电力线与各探测电极之间构成不同角度。各探测电极虽然距离相同但角度不同，所以获得的电力强度也不一致。绿色垂线代表电力强度。垂线向上为正；垂线向下为负。这种既具有强度，有具有方向性的电位幅度称为心电“向量”，通常用箭头表示其方向，而其长度表示电位强度。心脏的电激动过程中产生许多心电向量。由于心脏的解剖结构及其电活动相当错综复杂，致使诸心电向量间的关系亦较复杂，然而一般均按下列原理合成为“心电综合向量”：同一轴的两个心电向量的方向相同者，其幅度相加；方向相反者则相减。两个心电向量的方向构成一定角度者，则可应用“合力”原理将二者按其角度及幅度构成一个平行四边形，而取其对角线为综合向量。可以认为，由体表所采集到的心电变化，乃是全部参与电活动心肌细胞的电位变化按上述原理所综合的结果。请看下页+ABC+ABCABC三、心电图各波段的组成和命名心脏的特殊传导系统由窦房结、结间束（分为前、中、后结间束）、房间束（起自前结间束，称Bachmann束）、房室束、束支（分为左、右束支，左束支又分前分支和后分支）以及普肯耶纤维）构成。心脏的传导系统与每一心动周期顺序出现的心电变化密切相关。正常心电活动始于窦房结，兴奋心房的同时经结间束传导至房室结（顺序传导在此处延迟0.05～0.07S），然后循希氏束→左、右束支→普肯耶纤维顺序传导，最后兴奋心室。这种先后有序的电激动的传播，引起一系列电位改变，形成了心电图上的相应的波段。AA-VVⅡP波临床心电学对这些波段规定了统一的名称：①、最早出现的幅度较小的P波，反映心房的除极过程；ⅡPR间期（P-Q间期）②、P-R间期（实为P-Q间期，传统称为P-R间期）反映心房除极过程及房室结、希氏束、束支的电活动；P波与P-R段合计为P-R间期，反映自心房开始除极至心室开始除极的时间；QRSQRS波群③、幅度最大的QRS波群，反映心室除极的全过程；④、除极完毕后，心室的缓慢和快速复极过程分别形成了ST段和T波；ST-T⑤、Q-T间期为心室开始除极至心室复极完毕全过程的时间。QT间期QRS波群可因检测电极的位置不同而呈多种形态，已统一命名如下：首先出现的位于参考水平线以上的正向波称为R波；R波之前的负向波称为Q波；S波是R波之后第一个负向波；R′波是继S波之后的正向波；R′波后再出现负向波称为S′；如果QRS波只有负向波，则称为QS波。至于采用Q或q、R或r、S或s表示，应根据其幅度大小而定。请看下页R波之前的负向波称为Q波QQRRRQqqrR波:所有在基线以上出现的正向波称为R波rrrSSRqsRRRR′R′S波:R波之后的负向波称为S波SRqsRrSQSSqrS正常心室除极始于室间隔中部，自左向右方向除极；随后左右心室游离壁从心内膜朝心外膜方向除极；左室基底部与右室肺动脉圆锥部是心室最后除极部位。心室肌这种规律的除极顺序，对于理解不同电极部位QRS波形态的形成颇为重要。四、心电图导联体系：在人体不同部位放置电极，并通过导联线与心电图机电流计的正负极相连，这种记录心电图的电路连接方法称为心电图导联。电极位置和连接方法不同，可组成不同的导联。在长期临床心电图实践中，已形成了一个由Einthoven创设而目前广泛采纳的国际通用导联体系，称为常规12导联体系。1、肢体导联包括标准导联Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及加压单极肢体导联aVR、aVL、aVF。标准导联为双极肢体导联，反映其中两个肢体之间电位差变化。加压单极肢体导联属单极导联，基本上代表检测部位电位变化。肢体导联主要放置于右臂（R）、左臂（L）、左腿（F），连接此三点即成为所谓Einthoven三角。请看下页Ⅰ0°+180°Ⅱ+90°ⅢRLF请看下页六轴系统构成示意图-30°-150°+90°avRavLavF0请看下页-30°avL-150°avRⅠ0°+180°+120°ⅢavF+90°Ⅱ+60°在每一个标准导联正负极间均可画出一假想的直线，称为导联轴。为便于表明6个导联轴之间的方向关系，将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联的导联轴平行移动，使之与aVR、aVL、aVF的导联轴一并通过坐标图的轴中心点，便构成额面六轴系统。此坐标系统采用±180°的角度标志。以左侧为0°，顺钟向的角度为正，逆钟向者为负。每个导联从中心点被分为正负两半，每个相邻导联间的夹角为30°。对此测定心脏额面心电轴颇有帮助。请看下页+30°+Ⅰ+aVF+Ⅱ+aVR-150°+aVL-30°-60°+90°+60°0°+120°+150°-180°-120°-90°+Ⅲ2、胸导联属单极导联，包括V1～V6导联。检测之正电极应安放于胸壁固定的部位，另将肢体导联3个电极各串一5千欧电阻，然后将三者连接起来，构成“无干电极”或称中心电端。如此连接可使该处电位接近零电位且较稳定，故设为导联的负极。胸导联检测电极具体安放的位置为：V1位于胸骨右缘第4肋间；V2位于胸骨左缘第4肋间；V3位于V2与V4两点连线的中点；V4位于左锁骨中线与第五肋间相交处；V5位于左腋前线V4水平处；V6位于左腋中线V4水平处。请看下页V1V1位于胸骨右缘第4肋间TPQRSV1V1位于胸骨右缘第4肋间TPQRSV2V2位于胸骨左缘第4肋间V1V1位于胸骨右缘第4肋间TPQRSV2V2位于胸骨左缘第4肋间V3V3位于V2与