1、心電圖的產生原理,北京大學人民醫(yī)院 王立群,一、心肌細胞的除極與復極,心肌是一個肌肉泵，在其產生機械收縮前，心肌細胞先產生電激動。 電激動來源于細胞膜內外帶電離子的流動 心肌細胞發(fā)生“極化狀態(tài)”、 “除極”、“復極”等 生理變化。,Na+,K+,Na+,Na+,K+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,靜息時，K+可以外滲，而Na+不能自由滲入。 細胞膜外排列一定數(shù)量的陽離子，而膜內則排列相同數(shù)量的陰離子 細胞膜內外兩側存在跨膜

2、電位差，即處于內負外正的極化狀態(tài)。 細胞膜外任兩點間無電位差,1. 靜息時心肌細胞膜處于極化狀態(tài),+,+,+,+,2. 細胞在受到刺激時產生動作電位,心肌細胞都具有興奮性，在受到刺激后即可產生動作電位,動作電位是膜內外電位變化,細胞外,細胞內,除極部分與未除極部分存在膜外電位差,當心肌細胞受到刺激發(fā)生除極而興奮時，它的表面就帶有負電荷，與仍處于靜息狀態(tài)的細胞表面（帶正電荷）之間出現(xiàn)電位差。,注意： 電位差 存在 方向性,3. 興奮的傳導形成除極波,已除極的心肌細胞膜與仍處于靜息狀態(tài)的細胞膜（帶正電荷）之間有電位差，就會引起局部電流，從而觸發(fā)鄰近細胞膜除極產生動作電位。 即興奮的傳導 通過閏盤，

3、已除極細胞與鄰近靜息細胞之間亦存在電傳導。,單個細胞除極復極過程中記錄到的電位變化波形,探查電極,參考電極,用電流計連續(xù)記錄下心肌細胞表面在除極過程中的電位變化， 由此記錄得到的曲線稱為除極波。,單個細胞除極復極過程中記錄到的電位變化波形,探查電極,參考電極,當心肌細胞處于靜息狀態(tài)時，細胞膜外均為正電荷， 探查電極與參考電極之間無電位差，故記錄出一條等電位線,單個細胞除極復極過程中記錄到的電位變化波形,探查電極,參考電極,細胞左側受到刺激開始除極并迅速向右側推進 已除極的細胞膜外帶負電荷，未除極的細胞膜外帶正電荷 故探查電極正對除極傳導方向時，可描記到一正向電流曲線 而探查電極背離除極傳導方向

4、時，則描記到一負向電流曲線,單個細胞除極復極過程中記錄到的電位變化波形,探查電極,參考電極,當心肌細胞全部除極完畢時，細胞膜外均為負電荷， 探查電極與參考電極之間無電位差，故記錄出一條等電位線,單個細胞除極復極過程中記錄到的電位變化波形,探查電極,參考電極,單個心肌細胞先除極部分先復極，所以復極從左側開始向右推進 已復極的細胞膜外帶正電荷，未復極的細胞膜外帶負電荷 故探查電極正對復極傳導方向時，可描記到一負向電流曲線 而探查電極背離復極傳導方向時，則描記到一正向電流曲線,單個細胞除極復極過程中記錄到的電位變化波形,探查電極,參考電極,用電流計連續(xù)記錄下心肌細胞表面在復極過程中的電位變化， 由此

5、記錄得到的曲線稱為復極波。,單個細胞除極復極過程中記錄到的電位變化波形,探查電極,參考電極,當心肌細胞全部復極恢復極化狀態(tài)，細胞膜外均為正電荷， 探查電極與參考電極之間無電位差，故記錄出一條等電位線,探查電極,靜息細胞,除極細胞,復極細胞,多個細胞除極復極的電位變化波形,已除極部分與緊鄰的未除極部分形成一個所謂的電偶極子（簡稱電偶），除極波傳導的過程就是電偶移動的過程。 已復極部分與緊鄰的未復極部分亦構成電偶。,4. 電偶極子,定義：一對距離很近的電量相等、電性相反的電荷+q與 -q，其總體稱為電偶極子（雙極體），簡稱電偶 電偶的正端稱“電源”，電偶的負端稱“電穴”。 物理學中證明電偶極子P的

6、電場中任一點r的電勢是： 偶極子的性質可以用偶極矩描述。 電偶極矩的方向由負電荷指向正電荷， 大小等于正電荷量乘以正負電荷之間的距離。,（1） 電偶極子的定義,（2） 電偶電場的電位分布,圖中虛線代表零電位面，在該平面上各點與電偶的正負電荷距離相等，因此零電位面上任何一點電位為0 零電位面把電偶電場分為兩個區(qū)，靠近正電荷一側為正電位區(qū)，靠近負電荷一側為負電位區(qū),越靠近電偶正電荷的等電位面其電位越高，越靠近負電荷的等電位面電位越低 在電偶電量大小與位置變化時，等電位面也必然隨之改變,(3)除極(復極)擴布電偶移動(電場變化),未除極部位為電源，已除極部位為電穴 除極擴布為電源在前、電穴在后的電偶

7、前移,(3)除極(復極)擴布電偶移動(電場變化),已復極部位為電源，未復極部位為電穴 復極過程為電穴在前、電源在后的電偶前移,5. 除極波與復極波的主要區(qū)別,除極過程電源在前、電穴在后，探查電極正對除極傳導方向記錄的是正向波，復極過程電穴在前，電源在后探查電極正對復極傳導方向記錄的是負向波。 除極速度比復極速度快，在時間上，復極時間是除極過程的27倍，因此，除極波起伏陡峭，波型高尖復極波起伏遲緩、振幅較低。,當探查電極位于細胞的中部時，除極傳導過程中當電源剛好通過探查電極時，電極受正性電位影響最大，瞬時后，電源離開而電穴到達并通過探查復極波時，受負性電位影響最大，電位由最高點突然降到負電位，這

8、個驟然轉折稱為“本位轉折”（或內部轉折）。而復極波無本位轉折，從復極波形態(tài)上不能識別復極過程到達探查電極所在部位。 復極過程是耗能過程，與細胞的新陳代謝、生化變化等有密切關系，且易受其影響而發(fā)生改變。,5. 除極波與復極波的主要區(qū)別,臨床描記心電圖不可能把電極直接聯(lián)接在心肌上，而是從體表上來間接測定心肌的電激動情況。人體中含有大量的體液和電解質具有一定的導電性，是一個容積導體。 容積導電是電學上的一種導電方式。凡是具有一定體積的整塊導電體均稱為“容積導體”。,二、ECG形成的容積導體原理,一個電偶的電源和電穴可以看作電池的陽極和陰極，若將其放置在稀釋的食鹽溶液中，必然有電流由陽極流向陰極，整個

9、容積內的溶液布滿了電流 這種導電方式稱“容積導電”,食鹽溶液即為“容積導體”,容積導體中各處都有不同強度的電流在流動，其電位也不同，在容積導體內與電池陰陽兩極等距離的垂直平面上各處的電位都是“0” 靠近陽極的一側都呈正電位且愈近陽極電位越高 靠近陰極的一側都呈負電位且愈近陰極電位負值越大,1. 容積導體內電偶的電位場分布,V = E (cos/r2),各點電位 與它到電偶中心的距離的平方呈反比關系， 與電偶軸的夾角也呈反比關系。,2. 容積導體各點電位的投影表示法,除了用公式來計算容積導體中或表面上各點電位外，也可用幾何學的方法來說明各點的電位強弱，即“投影法”,應用投影法時，首先要考慮距離問

10、題 例如：電偶本身的電位強度（E）4mV x點與電偶中心的距離為2個單位 其電位降低的與距離平方呈反比 E=41/22=1mV 經(jīng)x點畫一條與電偶軸（AB線） 平行且長度為E（1mV）的線 該線在ox線的投影(Ecos) 即為x點的電位Vx,3.人體實際與實驗中容積導體的區(qū)別,心肌激動產生的電偶不僅有方向及強度變化，并且位置也不是始終固定在軀體的中心，除此，心室肌除極的方向變動迅速，同時又具有多方向性單個電偶可否代表？ 在實驗室中，容積導體內各部分的導電性均勻一致，心肌及周圍組織導電性能并不均勻相等 容積導電的原理僅適用于一個電偶處于一無限大的容積中，而軀體對心臟來說容積不足夠大，且其外周的皮

11、膚電阻高導電性差。,同時存在的電偶可綜合看似一個電偶,心臟電活動的規(guī)律變化可以看成一個方向和強度規(guī)律變化的電偶 空間心電向量環(huán)也可看成固定在原點的電偶矩的依次變化 通過體表的電極可以記錄心臟綜合電偶運動變化的規(guī)律。,二、心電向量與平面向量圖,除(復)極波的傳導是有方向和大小的，所以它是一種矢量 （即向量），心電生理學上把這種矢量稱為“心電向量”。,向量（vector)是物理學中的一個專用名詞，其代表同時具有方向和大小的變量，如機械力、電流等。,通常： 箭頭代表向量的方向 箭桿長短代表向量的大小,1. 綜合向量,單純向量單純向一個方向前進的向量 綜合向量將同時存在的幾個向量疊加綜合成一個向量,（

12、1）兩個向量方向相同時，疊加的結果是： 方向與原來方向相同，大小為兩個向量數(shù)值之和,（2）兩個向量方向相反時，疊加的結果是： 方向與數(shù)值大者方向相同，大小為兩個向量數(shù)值之差,1. 綜合向量,（3）兩個向量方向成角度時，則用平行四邊形法進行疊加：,用兩個向量作為平行四邊形的相鄰兩邊，該平行四邊形的對角線就是其綜合向量。,（4）同時存在多個向量時，可按照上述原則，先取兩個向量疊加，把得到的綜合向量與第3個向量疊加，再把第2次得到的綜合向量與第4個向量疊加 依次進行下去去，最終都可合成一個綜合向量。,2. 心電向量的疊加,心肌纖維形態(tài)走向各異，不同方向傳導電激動的綜合效果符合向量的疊加,3. 瞬間綜

13、合向量與空間向量環(huán),只有同時發(fā)生的向量才能進行綜合。 每次心臟搏動包括心房和心室的順序機械收縮和舒張，稱為一個心動周期。 心臟電活動發(fā)生在機械運動之前， 按順序除極和復極，每一瞬間中包 含著不同部位心肌電活動，可以用 一個綜合向量來代表 稱為該時刻的瞬間綜合心電向量 如果將心動周期中各瞬間綜合心電向 量運行軌跡依次連接起來 即構成空間心電向量環(huán),5. 平面心電向量圖,心臟各房室電激動過程中形成的是立體空間向量。 當我們進行觀察和描繪的時候，不論是利用示波器屏幕、照片或是圖紙都不可能顯示立體心電向量。 所以采用該向量分別在三個互相垂直的平面上的投影來表示。 把投影在每一平面的形態(tài)，繪成平面圖，其

14、圖形就是平面心電向量圖。,投影的概念,5. 平面心電向量圖,心臟各房室電激動過程中形成的是立體空間向量。 當我們進行觀察和描繪的時候，不論是利用示波器屏幕、照片或是圖紙都不可能顯示立體心電向量。 所以采用該向量分別在三個互相垂直的平面上的投影來表示。 把投影在每一平面的形態(tài)，繪成平面圖，其圖形就是平面心電向量圖。,三、心電圖導聯(lián),心電圖記錄的是隨心動周期變化的體表特定位置的電位差。為測定電位差并利用其描記產生心電波形而連接在人體的電極對稱為導聯(lián)。 電極對可以由兩個電極組成，也可由數(shù)個電極組合2個電極中的1個。 導聯(lián)軸：某一導聯(lián)正負電極之間假想的連線，接心電圖機正極側為正，接負極側為負。,1.

15、導聯(lián)的種類,常規(guī)導聯(lián)： 標準肢體導聯(lián)（I、II、III） 加壓肢體導聯(lián)（aVR、aVL、aVF） 胸前導聯(lián)（V1V6） 擴增的導聯(lián) 后胸（V7V9） ，右胸（ V3R V8R） 上一肋間（V1V5 ）、下一肋間（V1V5 ） 上二肋間（V1V5 ） 、下二肋間（V1V5 ） 其它導聯(lián)系統(tǒng)： Frank導聯(lián)、EASI導聯(lián)系統(tǒng) 簡化導聯(lián)，衍生常規(guī)12導聯(lián) 頭胸導聯(lián)、食管導聯(lián)、Fontaine導聯(lián)等,2. 標準肢體導聯(lián),I導聯(lián)左上肢與右上肢之間的電位差（LA-RA） II導聯(lián)左下肢與右上肢之間的電位差（LL-RA） III導聯(lián)左下肢與左上肢之間的電位差（LL-LA） 在心動周期中的任一時刻，導聯(lián)=導

16、聯(lián)+ 導聯(lián)（Einthoven法則）。,3. 加壓肢體導聯(lián),aVR導聯(lián)右上肢與改良Goldberger中心電端的電位差 aVL導聯(lián)左上肢與改良Goldberger中心電端的電位差 aVF導聯(lián)左下肢與改良Goldberger中心電端的電位差 Goldberger中心電端：aVR導聯(lián)為（LA+LL）/2，aVL導聯(lián)為（RA+LL）/2，aVF為（RA+LA）/2。,左上,右上,中心,中心,中心,4. 胸前導聯(lián),V1在胸骨右緣第4肋間 V2在胸骨左緣第4肋間 V3在V2和V4連接線的中點 V4在左鎖骨中線與第5肋間相交處 V5在左腋前線V4水平處 V6在左腋中線V4水平處,胸前導聯(lián)測量的是各胸前電極

17、與Wilson中心電端之間的電位差， Wilson中心電端以肢體電極為基礎計算出一個新的參照電位，等于RA、LA、LL電極電位的平均值，即WCT=(RA+LA+LL)/3,額面導聯(lián)軸的排列,-aVR,Cabrera排序法按照解剖學排列從右到左依次是、aVF、 -aVR、及aVL導聯(lián),水平面導聯(lián)軸的排列,胸前導聯(lián)反映水平面的心電變化,4. 心電向量環(huán)的形成原理,心臟是由很多組心肌束以螺旋樣層層環(huán)繞而構成。 它又是一個外為心肌壁，內含流動著的血液的立體形臟器。 心肌除極、復極所產生向量的方向及數(shù)值在每一瞬間各不相同。 把瞬間心肌壁除極的綜合向量箭頭尖端，按其發(fā)生的秩序聯(lián)系起來，便成為代表心房肌除極

18、、心室肌除極及心室復極的三個立體的心電向量環(huán)。,正常心臟的激動起源于右房外膜下、上腔靜脈入口處的“竇房結”，除了通過三條結間束下傳至房室結外，還有一條Bachman氏纖維從右心房（右前方）傳導到左心房。,（1）心房肌的除極順序與P環(huán),竇房結激動從右心房壁自上而下地傳布，Bachman纖維使左心房壁自右向左的除極，所需時間較右心房除極時間更長些。,立體心電向量的P環(huán)便是自上方指向右下方的，但最后的綜合P向量卻轉向左方，最終回到零點。 P環(huán)雖然是立體的，但基本與額面平行，因而額面心電向量圖P環(huán)最清晰，反映額面向量環(huán)的 心電圖導聯(lián)P波最清晰。,（1）心房肌的除極順序與P環(huán),P環(huán)畢竟是立體環(huán)，其前后方

19、向在正常情況下主要是略向前，因而在胸前導聯(lián)上，P波多為直立，但不高。,正常情況下，由于心房存在三條結間束且心房肌壁較薄，所以環(huán)有下列特點：,（1）心房肌的除極順序與P環(huán),全部心房壁除極所產生的電位差并不大，環(huán)較小 環(huán)所歷時間也較短，平均僅用0.10s即完畢。,（）QRS向量環(huán),把心室（包括心室間隔）的除極向量按其先后順序連接起來，便形成了一個立體的QRS向量環(huán)。,激動從心房傳到房室交界區(qū)后，其傳導速度驟然減慢，然后通過希氏束及左、右束支迅速下傳心室。,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,1）心室肌的除極順序,右束支,浦氏纖維,本圖示左室前壁及部分右室的剖面：,希氏束,左后分支,左前分支,左間

20、隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,左束支在室間隔左側中部較早分出細小的間隔支，心室內膜室間隔左側中部 最先除極,心室除極從室間隔左側開始迅速向右上、下方擴展，同時沿左前分支下傳的激動使左室前壁 上部開始除極,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,心室激動由心內膜向心外膜擴布,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,

21、右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,希氏束,左后分支,左前分支,左間隔支,右束支,浦氏纖維,1）心室肌的除極順序,2）QRS向量

22、環(huán)的產生,把心室（包括心室間隔）的除極向量按其先后順序連接起來，便形成了一個立體的QRS向量環(huán)。,室間隔左側中部最早開始除極，迅速向右上、下方擴展 心電向量由左指向右前方 偏上或偏下（Q向量）。 隨著室中隔兩側的心室內壁除極，心電向量增大，指向右下方。,2）QRS向量環(huán)的產生,左、右束支及其分支以及遍布于心內膜下的浦肯野纖維，迅速引起兩側心室除極，由心內膜指向心外膜，由于左室產生電向量較右室大，故綜合除極向量指向左前方 形成R向量,右室壁較左室薄，右室除極終了，左室仍繼續(xù)除極，且缺少右 室除極向量的對抗，故綜合向量更偏左，且較前更大 （ R向量與心臟解剖長軸方向大致相同）,2）QRS向量環(huán)的產

23、生,左室后底部及室間隔最后除極，其除極向量明顯減小，指向后上方，產生S向量。,2）QRS向量環(huán)的產生,由QRS是一連續(xù)過程，構成了一逆時針轉動的QRS向量環(huán)。,2）QRS向量環(huán)的產生,（）心室復極與T向量環(huán)的產生,6. 心室肌細胞動作電位的跨壁變化,（）QRS向量環(huán),利用連接在體表的電極即可描記出心電圖,4. 心臟除極的順序,Bachman束,心肌順序激動的疊加形成心電圖,竇房結,竇房結,心房肌,心肌順序激動的疊加形成心電圖,竇房結,心房肌,房室結,心肌順序激動的疊加形成心電圖,竇房結,心房肌,房室結,希氏束,心肌順序激動的疊加形成心電圖,竇房結,心房肌,房室結,希氏束,束 支,心肌順序激動的

24、疊加形成心電圖,竇房結,心房肌,房室結,希氏束,束 支,浦氏 纖維,心肌順序激動的疊加形成心電圖,竇房結,心房肌,房室結,希氏束,束 支,浦氏 纖維,心室肌,心肌順序激動的疊加形成心電圖,竇房結,心房肌,房室結,希氏束,束 支,浦氏 纖維,心室肌,心肌順序激動的疊加形成心電圖,心房復極的順序：先除極的心房肌先復極，后除極的心房肌后復極。 復極時產生的一系列電偶為：電穴在前，電源在后，與除極時相反。 Ta波幅很小，常重疊在PR段或QRS波群中，不易辯認。 一度或二度以上房室阻滯時，P波高大的導聯(lián)可見Ta波。 心動過速時，偶可落入ST段而使其移位。,（2）心房肌復極與Ta波的產生,（2）心室除極與

25、QRS向量環(huán),把心室（包括心室間隔）的除極向量按其先后順序連接起來，便形成了一個立體的QRS向量環(huán)。,激動從心房傳到房室交界區(qū)后，其傳導速度驟然減慢，然后通過希氏束及左、右束支迅速下傳心室。,心房除極,房室結 延遲,間隔除極,心尖除極,左室除極,從而形成一個所謂的雙極體（又稱電偶），,Sequence of ventricular depolarization and QRS complex,Vector (矢量，向量） is a physical variance which shows both quantity (intensity or length) and direction, for example, the mechanical force, electrical current, etc. The parallel quadrangle law of the resultant (合力的平行四邊形法則） Vectorcardiogram (向量心電圖，心電向量圖）depicts changes in current vector length and direction at diff