心电图的产生原理

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。
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六轴系统构成示意图Ⅰ +180°
0°
R
L
Ⅱ
Ⅲ
+90°
F
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avR
-150° 0
avL
-30°
avF
+90°
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avR
-150° +180°
avL
-30°
Ⅰ
0°
Ⅲ
+120° avF +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。
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A
+
B B
+
C C
A
B
C
A
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。
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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。
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除极
电穴
也称为偶极子
电源
电源（正电荷）在前，
电穴（负电荷）在后。
－ ＋
电穴
除极 电源
激刺
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。
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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。
激刺
+20 0
R波
0
-60 -90 (mV)
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。
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+20 0
1
R波
0
-60 -90 (mV)
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。
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；
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激刺
②、与探查电极位置和心肌细胞之间 的距离呈反比关系；
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0 -90
电压表（mv)
生理盐水 心肌细胞
水 槽
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。
J点
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。
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+20 0
1 2
R波
0
-60 -90 (mV) ST
2 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。
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。
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。
①、最早出现的幅度较小的P波，
反映心房的除极过程；
Ⅱ
P波
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PR间期，反映自心房开始除极至心室开始除 极的时间；
Ⅱ
PR间期（PQ间期）
R
③、幅度最大的 QRS波群，反映心室除 极的全过程；
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
0
0
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Байду номын сангаас。垂线向上 为正；垂线向下为负。
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+20 0
1 2
R波
0
-60 -90 (mV) ST QT间期 T
3 4
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。
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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）。
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。
一组典型的心 电图波形是由下列 各波和波段所构成：
R
P Q
P,QRS,T
T
S
P
QRS
T U
P-R
ST
1、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。
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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。
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R波之前的负向波称为Q波 Q
r
R
R
R
q
q
Q
Q
R波:所有在基线以上出现的正向波称为R波
R R
R
R r
R′ r
R′
r
q s
S
S
S波: R波之后的负向波称为S波
R R r q s S S QS S q S r
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。
Q S
QRS波群
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-T
⑤、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。
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复 极
1
2
3
0
4
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。
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探测电极部位和波形与心肌除极方向的关系
电穴 (-) 除极方向 电源 (+)
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。
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。
A A-V V
临床心电学对这些波段规定了统一的名称：
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+20 0
1 2
R波
0
-60 -90 (mV) ST T
3
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。
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+20 0
1
R波
2 3
T
0
-60
4
-90 (mV)
ST
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。
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）。
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+20
-90
电压表（mv)
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。
刺
激
心肌细胞
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。
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除 极