第四讲 心电图产生的原理

综合前述： ①在除极过程中，膜外形成电位差而产生电流，除极的前方为正，后方
为负，相当于心室除极产生的QRS波段； ②在复极过程中，膜外形成电位差产生电流，复极的前方为负，后方为 正(和除极的方向相反)，相当于心室复极产生的T波； ③除极以前，复极以后(波化状态)，以及除极后至复极前(极化逆转)，膜 表面无电位差，无电流产生，描出来的为一条水平直线。 心室极化状态时，在心电图上为T-Q段； 极化逆转在心电图上为QRS波段。心电图是在体表记录下来的，这与细 胞膜表面所测得的动作电位在除极上相似， 但由于心脏是由许多细胞组成的复合体，以及心脏结构的特殊性，故临 床心电图记录的是整个心脏所产生的综合电位变化，这同从单一心肌细 胞表面所测得的电位变化大不相同。 为了理解人体心电活动与临床心电图描记之间的关系，须讨论“心脏的 除极与复极”、“容积导电”和“心电综合向量”等概念。
第二节

心脏的除极与复极
心脏为近似一前后稍扁倒置的圆锥体，有构造复杂的心房 和心室。心室为一不规则的“U”形器官，当心脏激动时，心 房和心室(尤其是心室)内会发生极为复杂的电压变化，而构 成心电图的特有波形。 心脏除极时，其方向是从心内膜向心外膜，即正电荷由心 内膜向心外膜移动，因此面对心外膜的电极描出一向上的波， 面对心内膜的电极则描出一向下的波。 心脏复极和除极的方向不一致，从心外膜开始向心内膜进 行，故面对心外膜的电极亦描出向上的波。因此，QRS波的 主波向上，T波亦向上，两者是一致的(见图3－3)。对复极 自心外膜开始有如下学说：
当心肌细胞的某一部位受到刺激时，该处细胞膜的电阻特性
便迅速发生改变，对Na+ 的通透性突然升高(快Na+ 通道开 放)，而对K+ 通透性降低(K+ 通道关闭),瞬间膜外大量Na+ 迅速流入细胞内,使膜内的电位由-90mV突然升高至+20～ +30mV。这种由激动所产生的电位变化仅历时1～2ms，为 动作电位，即曲线中的“0”时相。当Na+ 内移到一定程度时， 受电位和离子浓度梯度的作用趋于稳定，此时细胞外的阴离 子与细胞内的阳离子又互相对立，再形成极化状态，但此时 与静止期不同，为递转极化状态。这一转变就是心肌细胞的 除极过程。
（一）压力学说

当心肌收缩时，心内膜的压力高于心外膜， 压力低的心外膜易于复极。但用吸引抽空电 极作蛙的心脏试验，其结果相反。
（二）温度学说

认为心肌收缩的产生热量，较血液温度高1.5℃。心腔内由于血液的 流动，温度容易散失，而心外膜有脂肪组织包裹，影响了热量的放散， 所以心外膜里的温度高于心内膜面。由于温度对心肌代谢有影响，温度 高的心外膜面先行复极并向心内膜面进行，所以面对心外膜面的特制电 极描出一向上的T波。目前多认为用此学说解释较为妥当。

整个心肌细胞除极后，细胞外面的正电荷全部 去除，电偶亦随之消失。在心肌细胞的恢复或复极 过程中，首先除极的一端先复极，此时已复极的部 分细胞膜外荷正电，即处于正电位成为电源，尚未 复极的部分细胞膜外荷负电，即处于负电位，成为 电穴，又形成电偶。电流从电源流向电穴，复极以 与除极相同的方向进行，乃至复极完毕。综前所述， 心脏的除极和复极如一系列电偶向前移动，除极时 电源在前，电穴在后，复极时电穴在前，电源在后。
二、心肌细胞的复极
(一)心肌细胞的复极

心肌细胞除极之后，由于细胞的新陈代谢，使细胞膜依靠 K+—Na+ 泵的作用，将细胞内过多的Na+ 转移到细胞外， 而细胞外过多的K+ 被转移到细胞内，重新调整了细胞膜对 Na+ 、K+ 的通透性，于是又恢复了静止时的极化状态，这 个过程称为复极。复极的过程和除极相同，即先开始除极的 部分先复极，后开始除极的部分后复极(图3－3)。在复极过 程中，由于阳离子的外流，复极部分的细胞膜外重新得到带 有正电荷的阳离子，呈现正电位，未复极的部位为负电位， 膜外形成电位差，并产生电流。电流的方向是从已复极的部 位流向未复极的部位，即电穴在前，电源在后，其方向正好 与除极过程相反(见图3－2)。若将膜表面的电位变化记录下 来，则可得到一个方向相反、电量相等的双向波。心肌细胞 的复极与除极有以下几点区别：
如欲了解临床心电图的发生，仅有电偶的观念还是 不够的。因为临床心电图检查，是于人体表面间接 测定心肌的电激动情况，这就需要理解“容积导电” 的概念。
在实验室里，把一个电池的正、负两极(一对电偶)放置在一
大盒稀食盐水中，由于盐水是导体，必然有电流自正极流向 负极，电流布满整个盐水中，这种导电方式称为容积导电， 盛在容器中的导体称为容积导体。人体组织液中含有多种电 解质，因此也是一个容积导体。心脏在人体内好像一个电池 放在电解质溶液中，心脏相当于一个电偶，心电偶的两极相 当于电池的正负极，心脏周围以外的全身组织相当于容积导 体，这样，在体内必然有电流自心电偶的正极流向负极，形 成一个心电场，心电场在人体表面分布的电位称为体表电位 (图3－5)。将电极放置在体表就能记录出心肌活动的电位变 化。
图3－2 心肌细胞的除极过程

心脏是由许多心肌细胞构成的，根据心电向量的观念， 单极导联(胸导或肢导)并不单纯地反映电极下那部分心肌的 电力活动，而是反映整个心肌的电激动过程。因此，所谓 “类内部转折”或“类激动时间”并不代表电极下那一部分 心肌自心内膜到达心内膜的时间，故将此概念引用到心电图 上(称为“类内部转折”或“类激动时间”)，并作为心电图 诊断的一项指标，在理论上是片面的，在实际应用中也是不 妥的。但是由于多年来临床心电图的应用，积累了大量的经 验，临床实践所测定的“室壁激动时间”的数据，对临床心 电图诊断仍有一定的参考价值。
将导体中电位相同的各点连接起来可以画出无数条 电位线。电池的阴阳极有如一对电偶，阳极相当于 电偶的电源，阴极相当于电偶的电穴。假如电偶的 电流强度固定不变，那么，导体中各处电位的大小 取决于该处与电偶的距离的相对位置。
(三)除极波的形成

心肌细胞在除极过程中的电位变化，可使用电流计记录 下来，所录得的曲线即称为除极波。 当心肌细胞处于静息状态时，因无电位变化，记录出一条电 位线；当心肌细胞除极向前进行时，如探查电极面向电源， 描出向上的曲线；如探查电极面向电穴，描出向下的波；如 探查电极置于细胞的中部，则当除极开始时探查电极面对电 源，受正电位的影响，描出向上的曲线图，除极过程继续进 行，当电源到达并刚好通过探查电极时，电极受正电位的影 响最大，此时曲线升至最高点(ｘ)，然后电源离开探查电极， 电穴到达并通过探查电极，电极受负电位影响，中位由最高 点突然降至“0”点或负电位，此时曲线骤然转折称为内部转 折，或本位曲折。尔后，电偶继续向前推进，电穴逐渐远离 探查电极，故受负性电位的影响亦逐渐减弱，于是曲线又逐 渐回升(图3－2)。最后，除极完毕，已无电位变化，电流曲 线回至等电位线。
图3-1 心肌细胞的除极和复极
(二)心肌细胞除极作用的扩展

心肌细胞在静止状态时，细胞内外正负电荷沿细胞膜而对 立，保持于稳定与均衡的极化状态，互不交流，故不产生电 流。细胞膜外任何两点之间的电位都相等，无电位差。当心 肌细胞被激动而除极时，离子跨过细胞膜，引起细胞内外电 荷的交换，于是已除极部位膜外形成负电位，邻近未除极的 部位则形成正电位，两者之间存在着电位差，电流从未除极 的部位流向已除极的部位。已除极部位与未除极部位的交界 处形成的电位差似一对电偶，即电源(＋)与电穴(－)。未除 极的部位为电源(＋)，已除极的部位为电穴(－)。电源部位 的正电荷通过电穴部位的细胞膜进入膜内，当其电位逐渐下 降至一定程度时，该处的细胞膜即开始除极，此时已除极的 部位与它前方的尚未除极的邻接部位相比又成为新的电穴 (－)，尚未除极的邻接部位又成为新的电源(＋)，如此不断 扩展，直至整个心肌细胞完全除极。电偶的电源在前，电穴 在后，除极的方向就是电荷移动的方向。
1．除极过程电源在前，电穴在后；而复极过程是
电穴在前，电源在后。 2．除极速度快，而复极速度慢，为除极过程的 2～7倍，故除极波起伏陡峭，波形高尖，复极波则 起伏迟缓，振幅较低，但二者面积相等。 3．除极波有内部转折，而复极波无内部转折， 从复极波形态上不能识别复极过程已到达探查电极 的部位。 4．复极过程与细胞的新陈代谢、生物化学改变等 有密切关系，且易受其影响而发生改变。在临床心 电图中，除极波正常而复极波已有明显改变者相当 多见。
连接电偶的正负两极为AB线，称为轴心线，电流的 方向是从A到B。通过轴心线AB的中心可作一个垂 直平面CD，由于CD向上各点与正负两极的距离相 等，放在此平面上各点的电位等于零，称为电偶电 场的零电位面。
零电位面把电偶的电场分为两个半区，A侧各点是 正电位，B侧各点是负电位。在与电偶平行的直线 上电位最大(正或负)，而在与电偶均成各种不同角 度的斜线上，电位为中间值(正或负)，角度愈大， 电位愈低。
全国第一届心电图系统班
第三章 心电图产生的原理
本章主要结合心脏电生理学、容积导电及心电向量 等方面的知识，阐述心电图产生的原理。
第一节


心肌细胞的除极和复极
一、心肌细胞的除极
(一)心肌细胞的极化状态和除极 前已述及，心 肌细胞在安静状态下，细胞膜外荷正电，细胞膜内 荷负电，即细胞膜外得到一定数量的带正电荷的阳 离子，细胞膜内则得到相同数量的带负电荷的阴离 子。因此，膜外的电位高于膜内的电位。在静息状 态下心肌细胞始终保持着这种稳定的状态而不产生 电流，称为极化状态(polarizalion)（图3-1），此时 若将心肌细胞外的两端连导线至电流计，则指针不 动，为一条电平线。
图3－5
心电场人体表面电位分布 示意图
在容积导体内，有无数向上下、左右、前后各个方 向传导的电位线，形成一个电场，即在容积导体中 各处都有不同程度及不同方向的电流在流动着，因 而导体中存在着不同的电位差(图3－6)。
图3－6
容积导体中等电位线及电流分 布示意图