心电图原理

二、心肌细胞的复极
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(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 泵的作用 将细胞内过多的Na+ 转移到细胞外， 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 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。
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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。
在心脏除极、复极过程中，左、右心房，左、右心室互相影响接反应左心室除极的电位变化，但 同时又受右心室除极的影响，而使波幅降低。反之，当右心室除极时， 也必然受到左心室除极的影响。 正常左心室肌肉厚度为右心室的2.5～3.0倍，室间隔厚度几乎和左心 室壁相等 虽左 右心室同时开始除极 但右心室除极结束先于左心室 室壁相等，虽左、右心室同时开始除极，但右心室除极结束先于左心室， 因此，右心室外膜面表现为一个小的向上波(反映右心室壁的除极波)与 一个深的向下波(反映为左心室的除极波)。在左心室外膜面的探查电极 下，则呈现一大的向上波(图3－4)。
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 和心室 心室为一不规则的“ 不规则的 U U”形器官，当心脏激动时，心 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 致，从心外膜开始向心内膜进 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：
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第三讲 心电图产生的原理
青岛大学医学院附属医院
陈清启
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 等方面的知识，阐述心电图产生的原理。
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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 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。
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 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。
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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； 为负，相当于心室除极产生的 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
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图3－4
左、右心室外膜面的除极 与复极波形
第三节

电偶学说及容积导电的概念
在心电图学中，通常用电偶学说来说明心肌细胞除极和复 极的情况 极的情况。 前已述及，电偶是由一对电源及电穴组成的。 心肌细胞一端的细胞膜受到一定强度的刺激时，其极化电位 减少，当达到阈电位时，该处的细胞膜发生除极化，膜外荷 负电，而附近尚未除极的细胞膜外仍荷正电，于是两处之间 产生电位差，出现了电偶。 尚未除极的部位成为电源，已除极的部位成为电穴。尔后， 尚未除极的部位成为电源 已除极的部位成为电穴 尔后 电源部位由于接受电穴部位的动作电流，其极化电位逐渐减 少，当达到阈电位时，即发生除极作用，膜外荷负电而成为 电穴 ，附近尚未除极的细胞膜为电源，按上述程序除极逐渐 扩展，乃至心肌全部除极完毕。
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 Na+ 的通透性突然升高(快Na 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。
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(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 穴到 并 探 极 极受负 位影响 中位 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。
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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 心脏的除极和复极如 系列电偶向前移动，除极时 除极时 电源在前，电穴在后，复极时电穴在前，电源在后。
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。 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。
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图3－3
心肌细胞的复极
(二)复极波的形成

用电流计可以将心肌细胞复极过程中的电位变化记录下来， 称为复极波。心肌细胞除极完毕，先开始除极的部位开始复 极，膜外为正电位，即电源。未复极的心肌细胞膜外为负电 位，即电穴。如探查电极面对电穴，则描出一向下的曲线。 复极继续向前进行，前面为负电位(电穴)，后面为正电位(电 源)，对着电穴的电极描出一向下的波。反之，如探查电极 面对电源，则描出一向上的波。如探查电极在心肌细胞的中 段，则形成负正双向波。由于复极进行较除极缓慢，因而描 出的曲线故为圆体。当复极完毕，细胞膜恢复到正电位，电 位差消失，曲线即回到等电位线。
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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。
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（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 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。
图3－2 心肌细胞的除极过程
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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。