心电图产生的基本原理

心电图是重要的心脏检查方法之一,对于心律失常、冠心病、洋地黄中毒及电解质紊乱等疾病的诊断有很大价值。心脏的功能是维持正常的心律，泵出血液。心肌规律的收缩使心脏完成泵血功能,维持正常的心律及全身血液循环。心脏收缩引发心脏的电活动,电活动源自于起搏细胞、特殊的传导组织和普通心肌细胞。

心电图是通过放置在体表的电极检测和记录到的心脏电活动的图形。每一瞬间记录的心脏电活动，都是整个心脏所产生电流的向量和，按照先后顺序，投照在特定方向上，形成以时间为横坐标的曲线，可根据振幅和宽度进行分析和诊断。

心脏的窦房结P细胞自动产生动作电位,并由此产生激动,通过心脏的传导系统按一定的顺序传到心房和心室的每个心肌细胞, 同时传到体表,利用心电图机从体表记录到每一次电活动的变化,即得到心电图(electrocardiogram, ECG).

心肌细胞的五种类型与三种功能 窦房结

房室结 起搏功能 希-浦氏系统 传导功能 心房肌 收缩功能 心室肌

极化膜和极化电位

心肌细胞膜分布着不同离子的特殊通道，控制不同时期不同离子的进出。

细胞内液K+浓度远高于细胞外液，Na+细胞内液中很低。静息时，钾离子可以外渗而钠离子不能自由渗入，导致心肌细胞的膜内、外两侧存在跨膜电位差，即内负外正的极化状态。 一般心肌细胞内的电位大约在-90mv左右，此时胞膜外任何两点间无电位差。

心肌细胞处于极化状态时，膜外排列着一定数量的阳离子，膜内排列着相同数量的阴离子，电位为内负外正(极化状态示意图) 跨膜电位相当于钾离子的平衡电位 除极与复极

当极化的细胞膜某一部分受到机械、电流或化学性刺激时，该处的离子通道开放，表现为此处膜的电阻迅速下降。

膜外的钠离子迅速渗入膜内，膜内外的电位差突然发生改变，由负电位反跃为+20-+30mv，此过程称为除极状态（即动作电位的0时相）。【除极图】 随后钾离子从细胞外移向外，钠离子渗入速度锐减，细胞内的正电位立即从+30mV下降到零，复极过程开始（1位相）。

当阳离子渗出细胞的数量超出渗入量时，胞膜又逐渐恢复原有状态。一般心肌细胞的除极及复极是占时约300ms的动作电位。【复极图】 激动在心肌细胞内的扩布

除极过程从极化膜受激动开始，迅速向周围扩散，直至整个细胞膜除极完毕。

图a表示心肌细胞处于极化状态，极化膜内外分别排列同等数量的阴阳离子，而无电活动。 图b当极化膜的左端受到激动后，该处胞膜的电阻突然降低，瞬时内膜外的大量钠离子进入细胞开始除极，此处的电位随之下降，邻近尚未除极部分，膜外仍保持原有的阳离子，其电位高于已除极部分。这样一条心肌纤维的两端出现了电位差，物理学称之为电偶。已除极的部分即电位较低的部分称作电穴，未除极的部分即电位较高的部分称作电源。电源和电穴组合成电偶。电流由电源流向电穴，这一局部电流可使未复极部分处细胞膜两侧电位减少达到引起兴奋的阈电位水平，该处产生动作电位，使带正电荷的电源部分细胞除极电位下降，成为新的电穴，如此扩展，直到整个心肌细胞乃至周围其他心肌细胞不断产生电穴与电源，除极结束为止。除极过程扩展，正如一组电偶，沿着细胞膜在向前推进，电源在前，电穴在后。

（图b、c）整个细胞除极结束后，胞膜内外暂时不再附有带电荷的离子，这种状态成为除极化状态（图d、e）。心肌各部分之间的电位差消失，不再记录到电流。除极结束后，心肌细胞耗能将大量阳离子排出细胞，胞膜外又排布正电荷，胞膜内排布负电荷。恢复极化状态。这就是复极过程。 心肌细胞复极

单个心肌细胞，胞膜最早开始除极的部分首先开始复极，复极部分的膜外重新出现正电荷，该部位的电位高于邻近尚未复极部分的电位，两者之间存在电位差，也就有电流活动。 电流由已复极的部分（电源）流向尚未复极部分（电穴）。随后，电穴部分也开始复极而成为其前面尚未复极部分的电源，而更前的部分先为临时电穴，随后转为电源，象一对电偶沿着细胞膜在向前推进，而电穴在前，电源在后，与除极过程相反（图f、g） 整个心肌细胞复极过程结束后，心肌细胞又恢复到原来的极化状态，膜内外重新排列同等数量的正负电荷（图h） 细胞之间的激动扩布

心肌细胞的形状不规则，相互之间连接的分布不规则，在电传导能力方面具有各向异性，因而心脏不是一个真正的合胞体。 心肌传导优先沿着与心肌纤维束的纵轴方向传导，速度约40cm/s；横向传导速度较慢，一般为15-20cm/s.由于心肌细胞之间侧-侧连接的分布密度低并且阻抗较高；而纵向之间存在相当数量的润盘，其电传导性能好而且阻抗低。此外，纵向排列的心肌细胞间的胶原间隔也有利于纵向传导。 激动的扩布不单纯局限在细胞内，由于心肌细胞间存在着相互连接，电偶的推进可以跨越细胞界限（图3-3）。

除极是按照细胞膜表面电位高低进行传播。对于整个心脏来说，除极方向是从心内膜到心外膜的。

复极对于单个细胞来说，胞膜最早开始除极的部分首先开始复极。整个心脏复极扩布方向是从心外膜到心内膜，恰恰与除极相反。

心肌细胞在整个除极过程中，利用电流计所记录到的曲线称为除极波（图a） 。

每一对带有电源和电穴的电偶传播都有一定的方向，是一种向量。根据电学原理,心肌细胞处于静息状态下无

电位变化，记录到一段等电位线（图a）。

在整个除极过程中所记录到的曲线称为除极波（图b）。

当细胞的A端受激动开始除极，并迅速向B端推进，若探查电极放在细胞A、B两端的中央，则当除极开始时探查电极面向电偶的电源，首先受到阳性电位的影响，描记出一正向的电流曲线（图b）。

电源到达并刚好通过探查电极时，电极受阳性电位的影响最大，曲线升至最高点即X点。 瞬时后，电偶刚好离开探查电极时，受阴性电位的影响最大，电位由最高点突然降至零或负

电位，曲线由X点急剧下降Y点（图d）。

电偶继续向B端推进，电容逐渐远离探查电极，受到阴性电位的影响亦逐渐减弱，于是电流曲线又逐渐回升（图e）。

最后除极完毕无电位变化，电流曲线回到等电位线上（图f）。

心肌细胞复极波的形成

心肌细胞在整个复极过程中，利用电流计所记录到的曲线称为复极波（图a） 。每一对带有电源和电穴的电偶传播都有一定的方向，是一种向量。根据电学原理,心肌细胞处于静息状态下无电位变化，记录到一段等电位线（图a）。

在整个复极过程中所记录到的曲线称为复极波（图b）。根据电学原理，如探查电极放在电穴一端，则记录到负向波。

复极时电穴在前，电源在后，记录的是负正双向型。

探查电极与细胞的关系对波形的影响 心肌的除极、复极过程就是一对由电源电穴构成的电偶向心脏其他部位扩散的过程，期间产生有方向、大小强弱的电流（称为电向量）。瞬间内，无数个心肌的电向量综合成一个有方向、有强度大小的综合向量。

心脏各部位的心电向量是有顺序的，应用体表电极，就能描记出各个部位的心电波形。

心肌除极方向对波形的影响

如果探查电极的位置固定，记录到的除极波形与细胞的除极方向直接有关。

当心肌除极的方向面向电极（正极）放置的部位时，或电偶的运动方向朝向电极时，可描记到正向波。（图3-6）

当心肌除极的方向背向电极时，则描记到负向波（图3-6）

当除极方向与探查电极的位置成直角时，除极开始的方向面向探查电极，先描记到的是正向心电波。

当除极过程到达与电极处于同一平面时，左右正负电量相平衡，记录的心电波回到基线。

除极过程继续进行除极方向背向电极，描记到负向波，

当心肌全部除极完毕，心电波又回到基线。（图3-7）

图3-7 电极与除极方向成直角形成的心电波形

虚线箭头代表除极方向及进展程度，每条图右下框中为所形成的心电波形 A、电极置于中部，先描记到的正向波 B、除极波到达电极附近，心电波回到基线 C除极方向背向电极，描记波为负向 D、心肌除极完毕，心电波回到基线

心肌复极时，电极记录到的复极波和除极波相似，但方向相反，复极方向指向电极，心电波呈负向波，复极方向背向电极，心电波呈正向波（图3-8）

整个心脏按顺序出现的心电波，在不同体表部位描记不同的心电图形。心室的除极波如果朝向体表电极的正极，记录到的正向波，;如果除极方向背离电极，记录的是负向波。如果除极方向垂直于此电极，则描记到双向波（图3-9）

水平面即胸前导联V5、V6记录到正向波，V1导联位于右侧，垂直于心房向量，记录为双相波，类似Ⅲ导，V2-4则不定（图3-17）。心房较小，产生的波幅也较小，P波的幅度通常不超过0.25mV，Ⅱ导常为正向波，aVR为负向波。

心脏在胸腔内的位置可能有所正常的变异，垂悬或横位，使心房波在Ⅲ导可双相或倒置（图3-18），心脏在胸腔内的位置垂悬，心房向量垂直于Ⅲ导P波呈双相，如果横位，即心尖向左移位， Ⅲ导的P波中呈负向波，这些都是正常的。

心房复极波---心房除极完毕，立即开始复极而形成Ta波。心房复极的方向与除极方向一致，所以Ta波的方向与P波方向相反。 Ta波振幅小，与P波的方向相反，常常埋没在QRS波群或ST段之中，一般不易辨认。但如心率增快时， Ta波可增大，而使心室除极后的基线下移。

心室除极波---心室的除极首先是由左束支的间隔支从间隔的左下侧向右上的间隔肌开始的，继而激动穿过右侧（约5ms-10ms），以后通过右束支传来的激动使心尖部的右侧间隔及小梁肌进行除极，希氏束传来的激动在室间隔除极后，通过右束支传来的激动到达心尖部，以后激动通过左、右束支及其分支以及遍布于两侧心室内膜下的普肯野氏纤维，迅速到达全

部左、右心室的内膜面。

左右心室壁的除极方向是自内膜向外膜辐射状除极。右心室壁相对较薄，其除极首先到达外膜面结束。左心室壁较厚，当右心室壁的绝大部分已经除极后，还有相当大的一部分左心室壁进行着除极。一般认为，左心室的后底部或右心室的肺动脉根部（锥体部）心肌是心室壁中最后除极的部分。

心室除极波群中各波的形成

最初时，左侧导联的正电极背向室间隔除极方向，首先描记出很小的负向波，称为q波，在Ⅰ、aVL、V5、V6可出现小的负向波即q波，也可能在下壁导联及V3、V4导联上出现（图3-20）

室间隔除极后，大片心肌除极，左侧心肌显著厚于右侧。因此，其平均向量指向左侧，常位于0-+90°，在额面导联出现高大的除极波称为R波，主要在左侧及下壁导联。aVR定位于右侧，出现深的负向波，称为S波。（图3-21）R波自右至左逐渐增高，称为渐增性R波。在胸前导联，QRS从负向波逐渐转换成的正向波，转换区通常在V3、V4，此区可为转换区。

V1、V2位于右侧，向量朝向左侧，描记出深的负向波称为S波， V5、V6位于左侧，向量面向电极，描记到高的R波。

V3、V4位于左右心室的过度区，记录下双相波，出现R及S波，有时其R、S波幅大小可相似。 （图3-22）

心室的复极波

心室内复极的扩布与心电向量 心室的复极过程相对缓慢，运行时间稍长，约为0.26-0.40s，相当于动作电位曲线的中[1 ]、[2]、[3]、[4]时相。

[1]位相占时很短，膜内外电位改变也很小。

[2]位相期间自细胞外液流向细胞内的Ca2+及小量Na+流都较缓慢而小，同时K+流出的缓慢电流与之平衡，细胞膜内外电位差极小，邻近的细胞之间也不会形成电偶，在心电图上相当于正常ST段。

[3]位相内正在复极的细胞的跨膜电位逐步增加，而尚未复极或正在复极以及完全复极的心肌细胞之间便存在电位差了。在复极过程中，就会产生一系列电偶移动，而形成心电图中的心室复极波（即T波） 心室复极波的形成

右心室壁薄，[3]位相复极时产生的电位活动不如左心室大，其对整个心室复极过程中心电向量的影响小。

心室间隔肌大致是自左右两侧同时复极的，所产生的电位活动相互抵消，心室复极向量的形成主要是由于左心室壁肌自外膜面向心腔面[3]位相复极的作用，向量环 与QRS方向大致接近。

图3-23 A 中a、b、c是时间先后不同的几个T向量，其方向主要指向左、前、下方。图3-23 B则利用一个代表T向量环的综合T向量，与QRS向量环比较，可见它的方向不完全与QRS一致，但大致相同

心室复极从最后的除极处即心外膜下开始，复极前进方向背离电极，描记的复极波（T波）与除极方向一致，略较低，高度约为R波的2/3，或1/3，并且波形起伏迟缓，不像除极波波形呈高尖状。

复极过程中离子转运需要消耗能量，很多因素影响T波的变化，包括心脏或非心脏的因素（如内分泌、神经因素等）。

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