1、-血流及心電第九章 血流及心電系統(tǒng)(xtng)第一頁，共五十頁。-血流及心電 1 心臟與血液循環(huán)系統(tǒng) 2 血流力學 3 動脈中的血流 4 心臟的心電過程 5 體表心電理論(lln)基礎(chǔ)第二頁，共五十頁。-血流及心電第1節(jié)心臟與血液(xuy)循環(huán)系統(tǒng)機體需要(xyo)一個運輸系統(tǒng)1、運送并分配O2、營養(yǎng)物質(zhì)、激素等至各器官、組織2、收集并運送組織代謝產(chǎn)物至肺、排泄器官3、非運輸功能：內(nèi)分泌、免疫(miny)、調(diào)節(jié)體溫等第三頁，共五十頁。-血流及心電第四頁，共五十頁。-血流及心電 血液循環(huán)是指血液(xuy)在心臟泵血的作用下在血管內(nèi)定向的周而復(fù)始的流動。 體循環(huán)是機體進行組織換氣、物質(zhì)交換的過程

2、肺循環(huán)是機體進行肺換氣的過程 體循環(huán)是血液由左心室射入主動脈進入及其分支流經(jīng)毛細血管時血液與組織之間的物質(zhì)交換，然后進入靜脈血管及其屬支最后經(jīng)上下腔靜脈和冠狀竇口匯合到右心房。 第五頁，共五十頁。-血流及心電pvllPKQ =svrrPKQ =血流正比(zhngb)于流入端的壓力左右左右(zuyu)心臟心臟ppvpapRP-PQ/ )(=肺部和全身肺部和全身(qun shn)組織組織ssvsasRP-PQ/ )(=第六頁，共五十頁。-血流及心電papapaPCV=pvpvpvPCV=sasasaPCV=svsvsvPCV=肺和全身肺和全身(qun shn)動脈和靜脈血量動脈和靜脈血量容抗脈管容

3、抗脈管體積正比于全身體積正比于全身(qun shn)壓力壓力第七頁，共五十頁。-血流及心電穩(wěn)態(tài)下，流入和流出的血量相等(xingdng)QQQQQsprl=0VVVVVsvsapvpa=+第八頁，共五十頁。-血流及心電第2節(jié) 血流力學(l xu) 流體力學的基本原理 生理流動必須服從物理學的基本定律，即質(zhì)量、動量和能量三大守恒定律，這也是流體力學的基石。 流體的本構(gòu)關(guān)系和具體(jt)的邊界條件 Storkes假說壁面無滑流條件 Poiseulle流動 流體力學的基本方程 層流和湍流第九頁，共五十頁。-血流及心電Poiseulle流動(lidng)第十頁，共五十頁。-血流及心電4R8QPL法國醫(yī)

4、生(yshng)Poiseuille(1840年)通過實驗得到了直圓柱管定常流的壓差流量關(guān)系。這一關(guān)系稱為Poiseuille流動（實際上是牛頓流體在剛性直圓柱管內(nèi)的充分發(fā)展了的軸對稱定常層流運動）第十一頁，共五十頁。-血流及心電流體力學(li t l xu)的基本方程 連續(xù)性方程(fngchng)在 t 時間內(nèi)沿x方向凈流出控制(kngzh)體（流出質(zhì)量減去流入質(zhì)量）的質(zhì)量為 按質(zhì)量守恒定律，在時間t內(nèi)沿三個方向凈流出控制體的總質(zhì)量應(yīng)等于控制體內(nèi)減少的質(zhì)量 第十二頁，共五十頁。-血流及心電利用(lyng)質(zhì)點導(dǎo)數(shù)概念，可改寫為連續(xù)性方程(fngchng)第十三頁，共五十頁。-血流及心電 動量

5、方程 單位體積流體元上的體積力及三個方向的表面應(yīng)力梯度(t d)造成了單位體積流體元的加速度 第十四頁，共五十頁。-血流及心電 納維-斯托克斯（N-S）方程(fngchng) 矢量(shling)式為 物理意義是：慣性力與體積物理意義是：慣性力與體積(tj)力、壓力、粘性力平衡力、壓力、粘性力平衡 第十五頁，共五十頁。-血流及心電層流層流(cn li)與湍流與湍流粘性力慣性力=ReUdUd2. 雷諾數(shù)雷諾數(shù)1. 經(jīng)典實驗經(jīng)典實驗雷諾實驗雷諾實驗(shyn)(shyn)(1883)(1883)哈根實驗哈根實驗(shyn)(shyn)(1839)(1839)林格倫實驗林格倫實驗(1957)(195

6、7)U流速，流速，d 特征長度，特征長度，、 流體密度、粘度流體密度、粘度圓管臨界雷諾數(shù)圓管臨界雷諾數(shù)2300，當，當Re2300時將發(fā)生湍流。時將發(fā)生湍流。 流場顯示流場顯示 阻力測量阻力測量 熱線測速熱線測速第十六頁，共五十頁。-血流及心電 湍流內(nèi)部的交換過程（物質(zhì)輸運、動量交換等）要比層流劇烈得多；除了分子運動引起的粘性應(yīng)力外，還有湍流脈動引起的Reynolds應(yīng)力。因此，在同樣的流量(liling)下，湍流的阻力遠大于層流。 第十七頁，共五十頁。-血流及心電 在正常生理范圍內(nèi)，生理流動大部分為層流。只有在心臟射血時，在主動脈瓣口的雷諾數(shù)峰值達500012000（平均雷諾數(shù)3600580

7、0）。然而，只有在射血峰期可以觀測到湍流斑，沒有觀測到持續(xù)的測量。 但是在病理條件(tiojin)下，在呼吸道和主動脈里都可以觀測到湍流。人工心瓣后的流動就是湍流。第十八頁，共五十頁。-血流及心電第第4節(jié)節(jié) 心臟心臟(xnzng)的心電過程的心電過程 心肌細胞： 構(gòu)成心房和心室(xnsh)壁的普通心肌細胞工作細胞 特殊分化的心肌細胞，組成心臟的特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)自律細胞 特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)包括： 竇房結(jié) 房室交界 房室束 末梢浦肯野纖維網(wǎng)第十九頁，共五十頁。-血流及心電右心：右心：泵血入肺循環(huán)；泵血入肺循環(huán)；左心左心(zu xn)： 泵血入體循環(huán)。泵血入體循環(huán)。第二十頁，共五十頁。-血流及心電心肌的生理特

8、性心肌的生理特性 心肌具有自動節(jié)律性、傳導(dǎo)性、興奮性和心肌具有自動節(jié)律性、傳導(dǎo)性、興奮性和收縮性。前三種特性都是以肌膜的生物電活收縮性。前三種特性都是以肌膜的生物電活動為基礎(chǔ)，故又稱為電生理特性。心肌的收動為基礎(chǔ)，故又稱為電生理特性。心肌的收縮性是指心肌能夠在肌膜動作電位觸發(fā)下產(chǎn)縮性是指心肌能夠在肌膜動作電位觸發(fā)下產(chǎn)生收縮反應(yīng)的特性，是心肌的一種機械特性生收縮反應(yīng)的特性，是心肌的一種機械特性。(一一)自動節(jié)律性自動節(jié)律性: 自動節(jié)律性是指心肌在不受自動節(jié)律性是指心肌在不受外來刺激的情況外來刺激的情況(qngkung)下，能自動地產(chǎn)生下，能自動地產(chǎn)生興奮和收縮的特性。興奮和收縮的特性。竇性心律，

9、竇性心動徐緩竇性心律，竇性心動徐緩，度性心動過速。，度性心動過速。(二二)傳導(dǎo)性傳導(dǎo)性: 心肌細胞有傳導(dǎo)興奮的能力稱心肌細胞有傳導(dǎo)興奮的能力稱為傳導(dǎo)性，心臟的傳導(dǎo)系統(tǒng)和心肌纖維均有為傳導(dǎo)性，心臟的傳導(dǎo)系統(tǒng)和心肌纖維均有傳導(dǎo)性，但因房室間心肌細胞不相連，所以傳導(dǎo)性，但因房室間心肌細胞不相連，所以房室之間興奮的傳導(dǎo)要靠心臟特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)房室之間興奮的傳導(dǎo)要靠心臟特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)傳遞。心臟的特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)包括寞房結(jié)、結(jié)傳遞。心臟的特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)包括寞房結(jié)、結(jié)間束、房室結(jié)、房室柬間束、房室結(jié)、房室柬(房結(jié)區(qū)、結(jié)區(qū)、結(jié)房結(jié)區(qū)、結(jié)區(qū)、結(jié)束區(qū)束區(qū))和與普通心肌細胞相連的浦肯野氏纖和與普通心肌細胞相連的浦肯野氏纖維。維

10、。第二十一頁，共五十頁。-血流及心電傳導(dǎo)過程傳導(dǎo)過程 竇竇 房房 結(jié)結(jié) 結(jié)間束結(jié)間束 房間束房間束（優(yōu)勢傳導(dǎo)通路）（優(yōu)勢傳導(dǎo)通路） 房室交界房室交界(jioji)(jioji) 心房肌心房肌 房室束房室束 左左、右束支右束支 浦肯野纖維浦肯野纖維 心室肌心室肌第二十二頁，共五十頁。-血流及心電(三三)興奮性興奮性: 心肌細胞具有對刺激產(chǎn)生反應(yīng)的能心肌細胞具有對刺激產(chǎn)生反應(yīng)的能力，即具有興奮性。與神經(jīng)或骨骼肌一樣，心力，即具有興奮性。與神經(jīng)或骨骼肌一樣，心肌細胞每產(chǎn)生一次擴布性興奮之后，興奮性總肌細胞每產(chǎn)生一次擴布性興奮之后，興奮性總要經(jīng)歷有效不應(yīng)期、相對不應(yīng)期和超常期，然要經(jīng)歷有效不應(yīng)期、相對

11、不應(yīng)期和超常期，然后才恢復(fù)到正常這樣一段周期性變化后才恢復(fù)到正常這樣一段周期性變化(圖圖3-2)。期前收縮：期前收縮：心臟受到竇性節(jié)律之外的刺激，產(chǎn)生心臟受到竇性節(jié)律之外的刺激，產(chǎn)生的收縮在竇性節(jié)律收縮之前的收縮在竇性節(jié)律收縮之前, ,稱為期前收縮。稱為期前收縮。 代代償間歇：償間歇：一次期前收縮之后所出現(xiàn)的一段較長的舒一次期前收縮之后所出現(xiàn)的一段較長的舒張期稱為代償性間歇。因竇性節(jié)律的興奮是規(guī)律下傳張期稱為代償性間歇。因竇性節(jié)律的興奮是規(guī)律下傳的，當竇性興奮落在期前收縮的有效不應(yīng)期內(nèi)的，當竇性興奮落在期前收縮的有效不應(yīng)期內(nèi), ,就不就不能引起心室的興奮和收縮能引起心室的興奮和收縮, ,而出現(xiàn)

12、一次竇律而出現(xiàn)一次竇律“脫失脫失”，需等待下次，需等待下次(xi c)(xi c)竇律刺激引起興奮才產(chǎn)竇律刺激引起興奮才產(chǎn)生收縮，此等待期間為代償性間歇。生收縮，此等待期間為代償性間歇。 第二十三頁，共五十頁。-血流及心電心肌細胞的跨膜電位 心肌細胞的跨膜電位產(chǎn)生的機制與神經(jīng)和骨骼肌細胞相似，都是由跨膜離子流形成(xngchng)的 心肌細胞的跨膜電位的產(chǎn)生涉及多種離子通道，其波形和機制比神經(jīng)細胞和骨骼肌要復(fù)雜的多第二十四頁，共五十頁。-血流及心電第二十五頁，共五十頁。-血流及心電定義定義：測量電極放置在心臟或人體表面(biomin)的一定部位，用心電圖機記錄出來的心臟電位變化的連續(xù)曲線，即為

13、心電圖心電圖反應(yīng)心肌的興奮性、自律性和傳導(dǎo)性，而與心臟的機械收縮活動無直接關(guān)系。第二十六頁，共五十頁。-血流及心電 心電圖描記方法在體表任何兩處安放電極板，用導(dǎo)線接到心電圖機的正負兩極，即形成導(dǎo)聯(lián)，可借以記錄人體兩處的心電電位差。常規(guī)用12個導(dǎo)聯(lián)。 標準導(dǎo)聯(lián)又稱雙極導(dǎo)聯(lián),由W.愛因托芬于19051906年首創(chuàng)，在三個肢體上安置電極，并假設(shè)這三點在同一平面上形成一個等邊三角形，而心臟(xnzng)產(chǎn)生的綜合電力是一個位于此等邊三角形中心的電偶。 單極肢導(dǎo)是威爾遜于19301940年代所創(chuàng)，即把三個肢體互相連通構(gòu)成中心電端，在肢體通向中心電端間加一個5000的電阻，中心電端電位接近于零，因此被看作

14、無干電極，探查電極分別置各肢體形成單極肢導(dǎo)。但由于所描記波幅太小，故戈德伯格又將其改良成加壓單極肢體導(dǎo)聯(lián),即描記某一肢體的單極導(dǎo)聯(lián)心電圖時，將該肢體與中心電端的連接截斷，這樣其電壓高出50。威爾遜所創(chuàng)單極心前導(dǎo)聯(lián)是將中心電端與電流計的陰極相連，探查電極置胸前各位置。第二十七頁，共五十頁。-血流及心電 心電圖記錄(jl)為印有間距1mm的縱橫細線的小方格;其橫向距離代表時間，一般記錄(jl)紙速為每秒25mm，故每小格為0.04秒,縱向距離代表電壓。常規(guī)投照標準電壓1mV=10mm(圖10)特殊需要時紙速可調(diào)至每秒50、100或200mm。電壓1mV=20或5mm。 第二十八頁，共五十頁。-血流

15、及心電正常時，每次心動周期在心電圖上都可以(ky)出現(xiàn)P波、QRS波群、T波和U波、P-R段、S-T段和T-P段，P-R間期和Q-T間期及J點 第二十九頁，共五十頁。-血流及心電P波：反映左、右心房去極化過程中的電位和時間變化。P-R段：反映興奮通過房室交界區(qū)，因其傳導(dǎo)非常緩慢，形成的電位變化也很微弱，一般記錄不出來而成等電位線。QRS波群：反映左、右心室去極化過程中的電位和時間變化。S-T段：表示心室去極剛結(jié)束后尚處于緩慢復(fù)極的一段短暫時間，即代表心室早期(zoq)復(fù)極的電位和時間變化。T波：反映心室晚期復(fù)極過程中的電位和時間改變。U波：一般認為是心肌傳導(dǎo)纖維的復(fù)極所造成，也有人認為是心室的

16、后電位。第三十頁，共五十頁。-血流及心電心電圖與心肌細胞動作電位的關(guān)系心肌細胞生物電變化(binhu)是心電圖產(chǎn)生的根源。第三十一頁，共五十頁。-血流及心電 心電圖與單個心肌細胞的動作電位波形上有很大的差別，因為單個細胞的電變化是采用細胞內(nèi)記錄法所記錄到細胞膜兩側(cè)的電位變化，而心電圖的紀錄方法則為細胞外記錄法，只能測出已興奮部位和未興奮部位膜外兩點的電位差。 心電圖反映的是整個心臟的生物電變化，心電圖上每一瞬間電位數(shù)值都是很多心肌細胞膜外電位變化在體表的綜合反映。 由于記錄電極(dinj)在心電電場中的位置和距心臟的遠近不同，所記錄到的波形也不同。第三十二頁，共五十頁。-血流及心電心電圖的臨床

17、(ln chun)應(yīng)用 （1）有決定性價值）有決定性價值 心律紊亂（包括傳導(dǎo)阻滯及復(fù)雜的心律失常）為心律紊亂（包括傳導(dǎo)阻滯及復(fù)雜的心律失常）為最精確的診斷方法，尤其對臨床上不能確定的心律最精確的診斷方法，尤其對臨床上不能確定的心律失常更具有實際意義。失常更具有實際意義。 確診心肌梗塞，除確診有無心肌梗塞外，更可用確診心肌梗塞，除確診有無心肌梗塞外，更可用于了解病變的部位、范圍及其演變的過程。于了解病變的部位、范圍及其演變的過程。 進行心臟手術(shù)與心導(dǎo)管檢查時，應(yīng)用心電圖作為進行心臟手術(shù)與心導(dǎo)管檢查時，應(yīng)用心電圖作為示警器，以及時了解心律失常與心肌受累的情況示警器，以及時了解心律失常與心肌受累的情

18、況(qngkung)，藉以指導(dǎo)手術(shù)的進行并可提示必要的藥物處，藉以指導(dǎo)手術(shù)的進行并可提示必要的藥物處理。理。第三十三頁，共五十頁。-血流及心電（2）有很大的幫助）有很大的幫助 于心肌病變（心肌炎、心肌?。?、慢性冠狀動于心肌病變（心肌炎、心肌?。⒙怨跔顒用}機能不全等情況，可以了解心肌損害情況。脈機能不全等情況，可以了解心肌損害情況。 提示心房、心室有無肥大提示心房、心室有無肥大(fid)，從而協(xié)助各種心，從而協(xié)助各種心臟病的臨床診斷。臟病的臨床診斷。 觀察心臟病藥物（如洋地黃，奎尼?。┗?qū)π挠^察心臟病藥物（如洋地黃，奎尼丁）或?qū)π募∮袚p害的藥物（如酒石酸銻鉀、吐根堿）在用肌有損害的藥物（如酒

19、石酸銻鉀、吐根堿）在用藥過程中對心臟的不良反應(yīng)。藥過程中對心臟的不良反應(yīng)。 血液中電解質(zhì)紊亂，如血鈣過低，血鈣過高，血液中電解質(zhì)紊亂，如血鈣過低，血鈣過高，血鉀過低，血鉀過高，尤以后二者有較大的幫助。血鉀過低，血鉀過高，尤以后二者有較大的幫助。 心包炎及心包積液的診斷。心包炎及心包積液的診斷。 急性及慢性肺源性心臟病的診斷。急性及慢性肺源性心臟病的診斷。第三十四頁，共五十頁。-血流及心電對心電圖檢查(jinch)的評價 1.心電圖正常絕不能排除心臟病，如較輕微(qngwi)的瓣膜病或雙心室肥大時心電圖可以正常；亦不能由于心電圖有些不正常之處而肯定其患有心臟病，如預(yù)激綜合征，右束支傳導(dǎo)阻滯的改變

20、可以見于正常人。 2.心電圖的正常范圍較大，多數(shù)值的判定標準，也不是絕對的，應(yīng)避免將一些正常變異誤認為不正常，甚而做出心臟病之診斷，而造成不應(yīng)有的醫(yī)源性錯誤，如T波的改變就很不穩(wěn)定。第三十五頁，共五十頁。-血流及心電 3.心電圖的某些改變并不具有特異性，同樣的心電圖改變可見于多種心臟病，如右室肥厚，即可見于肺源性心臟病，先天性心臟病，也可見于風濕性心臟病；T波改變可見于心肌缺血、心肌炎，也可見于藥物(yow)作用及電解質(zhì)紊亂 故對其判斷必須結(jié)合臨床資料才能作出較恰當?shù)慕Y(jié)論4.心電圖對于心臟的收縮功能的估計與瓣膜損害情況的反映無幫助。因而不能作為心臟功能的判斷依據(jù)。第三十六頁，共五十頁。-血流及

21、心電第5節(jié) 體表(t bio)心電理論基礎(chǔ) 人體的體液中含有電解質(zhì)，具有導(dǎo)電性能，因此人體也是一種容積導(dǎo)體，這樣在人體內(nèi)及體表均有電流(dinli)自心電偶的正極流入負極，形成一個心電場?？赏ㄟ^心電偶中心的垂直于電偶軸的零電位面把心電場分為正、負電位區(qū)。心電場在人體表面分布的電位就是體表電位。心電圖機將此體表電位的電信號放大及按心臟激動的時間順序記錄下來，即為心電圖。 第三十七頁，共五十頁。-血流及心電心肌細胞除極與復(fù)極過程在臨床心電圖上通常用電偶學說來說明。由兩個電量相等，距離很近的正負電荷所組成(z chn)的一個總體，稱為電偶電偶。正電荷稱做電偶的電源，負電荷稱為電偶的電穴，其連線稱為電

22、偶軸，電偶軸的方向是由電穴指向電源，兩極間連線的中點稱為電偶中心。第三十八頁，共五十頁。-血流及心電第三十九頁，共五十頁。-血流及心電電位在容積導(dǎo)電體內(nèi)(t ni)的正負電場示意圖 第四十頁，共五十頁。-血流及心電在容積導(dǎo)體中各處都有強弱不同的電流在流動著，因而導(dǎo)體中各點存在著不同的電位差，通過電偶中心可作一垂直平面，因面上各點與正負兩極(lingj)距離相等，故在此平面上各點的電位均等于零，稱為電偶電場的零電位面電偶電場的零電位面，零電位面把電偶的電場分為正、負兩個半?yún)^(qū)。第四十一頁，共五十頁。-血流及心電 心肌細胞在除極和復(fù)極的過程中形成的心電位既有數(shù)量大小，又有方向性，稱為心電向量心電向量

23、 心電向量可用箭矢來表示，箭桿的長度表示向量的大小，箭頭表示向量的方向（電源），箭尾表示電穴。因為(yn wi)心肌的除極是從心內(nèi)膜面開始指向心外膜面，所以向量的方向是電源在前（箭頭），電穴在后（箭尾）。復(fù)極時，因為(yn wi)先除極的部位先復(fù)極，所以電穴在前電源在后。而心肌復(fù)極從心外膜開始，指向心內(nèi)膜，因此復(fù)極向量與除極一致。 第四十二頁，共五十頁。-血流及心電 一片心肌是由多個心肌細胞所組成，除極與復(fù)極時會產(chǎn)生很多個電偶向量，把它們疊加在一起成為一個電偶向量，這就是綜合心綜合心電向量電向量 在心電活動周期中，各部心肌除極與復(fù)極有一定的順序，每一瞬間均有不同部位的心肌的心電活動，例如：心室

24、除極時0.01s，0.02s0.08s的心電向量 在某一瞬間又有眾多的心肌細胞產(chǎn)生方向不盡相同的電偶向量，把這些電偶向量按平行四邊形法依次加以綜合，這個最后綜合而成的向量稱為瞬間綜合心瞬間綜合心電向量電向量。 心臟是立體器官，它產(chǎn)生的瞬間向量在空間朝向四面八方，把一瞬間綜合心電向量的尖端構(gòu)成一點(y din)，則在整個心電周期中隨著時間的推移，把移動的各點連接起來的環(huán)形軌跡就構(gòu)成空間心電向量環(huán)即空間向量心電圖。第四十三頁，共五十頁。-血流及心電 心臟電活動是診斷心臟疾病的重要指征，也是研究生物電活動的典型對象，二十年來對心電活動的建模與仿真研究一直是生物醫(yī)學領(lǐng)域中建模與仿真工作的經(jīng)典課題。 心

25、電模型 電磁場模型與電生理模型 正問題(wnt)模型與逆問題(wnt)模型 源場模型與節(jié)律模型第四十四頁，共五十頁。-血流及心電心電場(din chng)理論電磁場模型心電場的基本(jbn)方程為式中,r是軀干容積導(dǎo)體內(nèi)的任意場點;r是源點;M是該場點的電導(dǎo)率;H代表心臟區(qū)域;sl是軀干內(nèi)電導(dǎo)率不連續(xù)的封閉界面,例如肺表面、心腔血液表面、胸腔肌肉(jru)層表面、皮下脂肪層表面等,它們是分片均勻、各向同性的,且其內(nèi)外電導(dǎo)率分別為-l和+l以麥克斯韋方程為出發(fā)點，把心電場簡化為準靜態(tài)場，建立偏微分方程及適當?shù)倪吔鐥l件，用有限元方法或邊界元方法求解方程在三維空間的解。理論上講，自然界的一切電活動都服從電磁學的普遍規(guī)律，因此以電磁場理論為依據(jù)的心電建模與仿真較早受到研究者的重視，建