心电图产生的基本原理

心电图产生的基本原理
富平县医院
张百胜
概念
• 心脏机械收缩之前，先产生电激动，心房和心室的电激动 可经人体组织传到体表。 • 心电图指的是心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、 心电图指的是心脏在每个心动周期 心动周期中 由起搏点、心房、 心室相继兴奋，伴随着心电图生物电的变化， 生物电的变化 心室相继兴奋，伴随着心电图生物电的变化，通过心电描 记器从体表引出多种形式的电位变化的图形（ 记器从体表引出多种形式的电位变化的图形（简称 ECG）。心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的 ）。心电图是心脏兴奋的发生 ）。心电图是心脏兴奋的发生、 客观指标。 心电图（ECG）是利用心电图机从体表记 客观指标。 录心脏每一心动周期所产生电活动变化的曲线图形。 • 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 极化状态， 极化状态 细胞膜在静息时称为极化膜 极化膜。膜内外不产生电位差称极化 极化膜 电位也称静息电位 静息电位。不产生电位变化。 静息电位 • 心肌细胞在静息状态下，细胞膜外带正电荷，膜内带同等 数量的负电荷，这种电荷稳定的分布状态称为极化状态。 通过实验，测得极化状态的单一心肌细胞内电位为-90mV， 膜外为零。这种静息状态下细胞内外的电位差称为静息电 位这种稳恒状态就称极化状态。 •
• 2位相末，细胞膜对钾离子的通透性大大增 加，故钾离子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，约 占时100—150ms, 动作电位3位相，相当于 单极电图或心电图的T波。
• 通过细胞膜上钠-钾泵的活动加强，使细胞 内电位终于恢复到-90mv并维持在此水平上， 即为静息膜电位，这个时期称为动作电位4 相。4相相当于临床心电图T波后的等电位 线。
心电图记录方法
• 心电图描记方法在体表任何两处安放电极板，用导线接到心电图机的正负两 极，即形成导联，可借以记录人体两处的心电电位差。常规用12个导联。标 准导联又称双极导联,由W.爱因托芬 爱因托芬于1905～1906年首创，在三个肢体上安 爱因托芬 置电极，并假设这三点在同一平面上形成一个等边三角形，而心脏产生的综 合电力是一个位于此等边三角形中心的电偶。单极肢导是威尔逊于1930～ 1940年代所创，即把三个肢体互相连通构成中心电端，在肢体通向中心电端 间加一个5000 的电阻，中心电端电位接近于零，因此被看作无干电极，探 查电极分别置各肢体形成单极肢导。但由于所描记波幅太小，故戈德伯格 戈德伯格又 戈德伯格 将其改良成加压单极肢体导联,即描记某一肢体的单极导联心电图时，将该肢 体与中心电端的连接截断，这样其电压高出50％。威尔逊所创单极心前导联 是将中心电端与电流计的阴极相连，探查电极置胸前各位置。 电图记录为印有间距1mm的纵横细线的小方格;其横向距离代表时间，一 般记录纸速为每秒25mm，故每小格为0.04秒,纵向距离代表电压。常规投照 标准电压1mV=10mm(图10)特殊需要时纸速可调至每秒50、100或200mm。 电压1mV=20或5mm。 正常心电图由一系列波组成。典型的心电图包括P.QRS.T波。各波需要 测量时间、电压以及观察形态和方向及各波之间的相互关系。
综合向量与二次投影
• 心脏是一个立体结构，心肌纤维纵横交错，在除 极.复极过程中的某一瞬间有无数对电偶，产出无 数方向不同，强弱不等的心电向量。在任一平面 上可综合成一个瞬间的向量。 • 第一次投影：心脏所产生的心电向量，有上 第一次投影 下.左右.前后的不同的向量，按除极的程序连接起 来就是一个立体构型的空间向量环，直接记录三 维空间的向量环在也应用上还有困难，人们用三 组上下.左右.前后的电极，从三个不同平面，即额 面.水平面（又称横面）.侧面，记录下三个平面向 量图，也就是空间向量环在三个不同平面上 的投 影称为第一次投影。
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第二次投影：心电图上所记录的电位变化是一系列瞬间 第二次投影 心电综合向量在不同导联轴上的反映，也就是平面向量环 导联轴 导联 在有关导联轴上的再投影（二次投影 二次投影）。投影所得电位的 二次投影 大小决定于瞬间心电综合向量本身的大小及其与导联轴的 夹角关系。投影的方向和导联轴方向一致时得正电位，相 反时为负电位。用一定速度移行的记录纸对这些投影加以 连续描记，得到的就是心电图的波形。（体变面，面变线， 体变面， 体变面 面变线， 线为图。） 线为图。 • 心电图波形在基线（等电位线）上下的升降，同向量环运 行的方向有关。和导联轴方向一致时，在心电图上投影得 上升支，相反时得下降支。向量环上零点的投影即心电图 上的等电位线，该线的延长线将向量环分成两个部分，它 们分别投影为正波和负波。因此，心电图与心向量图有非 常密切的关系。心电图的长处是可以从不同平面的不同角 度，利用比较简单的波形、线段对复杂的立体心电向量环， 就其投影加以定量和进行时程上的分析。而心电向量图学 理论上的发展又进一步丰富了心电图学的内容并使之更易 理解。 •
• 当心肌细胞受到刺激（或自发地）而兴奋时，细 胞膜内外的电位迅速变化。细胞膜内外的电位差 在瞬间消失,细胞内的电位由-90mV迅速变为0mV, 乃至+20～+30mV。也就是说极化状态消失，这 过程称为除极过程。以心室肌为例，膜电位从静 息时的-80～-90mV降至-60～-70mV的阈电位水 平，即迅速开始除极。随后细胞内又逐渐恢复其 负电位，这过程称为复极。由除极至复极，膜内 电位由负变正及又回至静息电位的一系列电位变 化称为跨膜动作电位。可画成一条曲线,分成为5 个时相。
• 1、2及 3位相是代谢过程，此阶段膜内电位恢复 到-90mV,这一过程称为复极，但此时膜内外离子 分布尚未恢复到静息状态水平，最后钠—钾泵的 转移作用使内外各种离子又恢复到静息状态。在 4倍相非自律性细胞稳定于静息状态水平，其动作 电位呈水平线；而具有自律性的心肌细胞Ca2+慢 通道开放，Ca2+稳定地内流，使膜电位逐渐移向 正电位水平，其动作电位呈向上的斜线，这又称4 位相自发性除极,当达到阈电位时,便激发Ca2+慢 通道开放，Ca2+迅速内流而致0位相除极。此即 心脏自律性的机制,由于窦房结的4位相相除极速 度最快，故正常人窦房结发放冲动激动心脏。
• 从O位相开始到4位相开始的时间称作动作 电位时限，相当于Q-T间期。
• 就单个细胞而言，在除极时，检测电极对向电源 （即面对除极方向）产生向上的波形，背向电源 （即背离除极方向）产生向下的波形，在细胞中 部则记录出双向波形。复极过程与除极过程方向 相同，但因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
• 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； • 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。
• 这种既其有强度，又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，而其长度表示其电位强度。 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 心电综合向量” 心电综合向量 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。 •
• 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，其机制 尚不清楚。可能因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。
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普通心电图应用范围
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• 当细胞一端的细胞膜受到刺激（阈刺激），其通透性发生 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，使该处细胞膜外正电荷消失而其 前面尚未除极的细胞膜外仍带正电荷，从而形成一对电偶。 电源（正电荷）在前，电穴（负电荷）在后，电流自电深 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。此时心肌细胞膜内带正电荷，膜外带负电荷， 称为除极状态 除极状态。 除极状态 • 嗣后，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，但复极化的电偶是电穴在前，电源在后，并较缓 慢向前推进，直至整个细胞全部复极为止
动作电位与心电图.及离子活动的关系图解
心肌细胞除极复极时电位变 化与离子活动心电图关系示 意图 A.心肌细胞除极与复极过程 中的电位曲线； a.零电位线 b.静息电位 c.动作电位开始 B.相应的心电图 0位相：相当于心电图的R 波； 1位相：相当于心电图的J 点 2位相：相当于心电图的S T段； 3位相：相当于心电图的T 波 4位相：相当于心电图T波 后的静息电位 C.心肌细胞膜内外在不同位 相时的离子变化
• 极化状态时静息电位的恒定，有赖于细胞的代谢活动，细胞内外钾离 子及钠离子浓度的比值以及细胞膜对钾、钠、钙、蛋白质、氯离子等 具有不同的通透性。在静息状态下，细胞内钾离子浓度约为细胞外钾 离子浓度的30倍，相反细胞外钠离子浓度约为细胞内钠离子浓度的15 倍。至于阴离子，细胞内液以蛋白阴离子的浓度为高，而在细胞外液 则以氯离子浓度为高。由于细胞膜对钾离子的通透性远超超过对钠离 子和通透性，细胞内钾离子浓度又高于细胞外数十倍，钾离子便会不 断地从细胞内向细胞外渗出。当钾离子外渗时，氯离子亦随之外渗， 但因细胞膜本身带有负电荷，氯离子渗出受阻，就使较多的钾离子渗 出到膜外，而未能渗出的游离型阴离子（主要是蛋白阴离子，其次是 氯离子）留在膜内，使膜内电位显著低于膜外。膜内负电位的大小和 静息时钾离子外渗的多少有密切关系，钾离子外渗越多，留在膜内的 阴离子也越多，因而膜内负电位也越大，同时由于膜内带负电荷的阴 离子越来越多，吸引着膜内钾离子（静电力作用），使膜内钾离子逐 渐不能再向外转移，因而使膜内电位维持在-90mV的水平上，形成了 静息电位。
• 心肌细胞除极复极时电位变化与离子活动心电图 关系示意图 • A.心肌细胞除极与复极过程中的电位曲线；a.零 电位线b.静息电位c.动作电位开始 • B.相应的心电图 • 0位相：相当于心电图的R波；1位相：相当于心 电图的J点 • 2位相：相当于心电图的S T段；3位相：相当于 心电图的T波 • 4位相：相当于心电图T波后的静息电位 • C.心肌细胞膜内外在不同位相时的离子变化
穿膜动作电位
• 复极时，细胞膜对钠离子的通透性迅速降 低，对钾离子的通透性重新升高，使细胞 内钾离子又开始外渗，因而细胞内正电位 迅速降低，接近零电位水平，约占时5— 10ms，此时期称动作电位1位相，相当于 心电图的J点。
• 内向的钠电流与外向的钾电流迅速达到平 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（平台区）， 约占时100—150ms,称为动作电位2相。相 当于心电图上的S-T段。