心电图的形成原理.ppt

心电图的形成原理Formationofelectrocardiogram Xp1657制作 1 心肌细胞极化状态和静息电位 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 见下页图1 1 一 心肌的除极和复极过程 0 90 图1 1 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 restingpotential 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 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 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 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 见图1 2 2 心肌细胞的除极 复极过程和动作电位 90 刺激 20 图1 2 心肌细胞除极 心肌细胞内电位变化 刺激 0 R波 0相 去极化期 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相非常短暂 仅点1 2ms 0相相当于单极电图或临床心电图的R波 0 R波 J点 1 1相 早期快速复极相 复极时 细胞膜对Na 的通透性迅速降低 细胞膜对K 和Cl 的通透性增大 引起K 的外流和Cl 的内流 其中K 外流是主要的 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 约占5 10ms 相当于单极电图或临床心电图的J点 0 1 2 R波 ST 2相 平台期 为缓慢复极化阶段 表现为膜内电位下降速度大减 停滞于接近零电位的等电位状态 形成平台 此期持续时间较长 约占100 150ms 在膜电位低于 55 40mV时 膜上的钙通道激活 使细胞外Ca 缓慢内流 同时又有少量K 外流 致使膜内电位保持在零电位附近不变 相当于心电图的S T段 0 1 2 R波 ST T 3 3相 快速复极末相 此期复极过程加速 膜内电位较快下降至原来的膜电位水平 主要由于膜对K 的通透性大大增高 细胞外K 浓度较低促使K 快速外流 相当心电图的T波 约占100 150ms 0 1 2 R波 ST T 3 4 4相 静息相 通过细胞膜上的钠 钾泵活动加强 使细胞内外的离子浓度差得到恢复至静息状态水平 相当于心电图T波的等电位线 0 1 2 R波 ST T 3 4 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 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 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 电源 电源 正电荷 在前 电穴 负电荷 在后 电穴 也称为偶极子 刺激 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 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 0 复极 1 2 3 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 探测电极部位和波形与心肌除极方向的关系 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 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 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 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 加温 由于心外膜温度高于心内膜 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 与心肌细胞数量 心肌厚度 呈正比关系 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 2 体表采集到心脏电位强度影响因素 刺激 与探查电极位置和心肌细胞之间的距离呈反比关系 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 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度 垂线向上为正 垂线向下为负 0 0 三 心电向量 1 心电向量的概念及计算方法 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 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 2 向量计算方法 A B C A B C A B C 3 心脏传导系统 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 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 窦房结 3 1窦房结 窦房结是个卵圆形的柱体 成人的窦房结体积约为15mm 5mm 1 5mm 位于右心房外膜 上腔静脉进入右房处 由起搏细胞 P细胞 移行细胞 T细胞 组成 窦房结内含有丰富的神经纤维 儿茶酚胺含量很高 同时也存在着高度的抗乙酞胆碱酶活性 这些都说明窦房结除了自发地除极发出激动外 其功能必然接受交感及副交感神经的控制 窦房结的血液供应由横贯该结中心的一条窦房结动脉供给 这条动脉多数人 65 来自右冠状动脉 而在另一部分人 35 此动脉却来自左冠状动脉的回旋支 此外 窦房结的周围还有很多来自左 右冠状动脉的细小动脉形成左 右冠状动脉间的吻合 也供给窦房结以及其边缘组织的血液 3 2结间束 前结间束 发自窦房结的顶端 先向左行 继而分成两支 一支沿房间沟 通向左心房而散布于左房心肌 并把该支命名为巴赫曼纤维 Bachmann纤维 另一支通过房间隔 在房室结处与其它结间束相连 进入房室结 中结间束 发自窦房结的后上缘 绕过上腔静脉右侧 穿过房间隔与前结间束相连合 共同进入房室结的顶端 后结间束 发自窦房结的尾端 沿着右心房右侧的终末嵴尤氏嵴进入房室结的右上缘 关于这些结间通路 近年来一些著名的解剖学工作者由于在研究中实难发现有特殊分化的传导组织 至今认为此结间通路仅可能仅是心房组织 换言之 即不承认有三条分化清晰的 结间束 但必需承认的是左 右心房之间确实存在Bachmann纤维 将窦房结的活动 自搏性 自右心房传入左心房 使左心房略后于右心房激动 3 3房室结 房室结呈扁平的椭圆形 约有0 5 0 6m长 0 3 0 4m宽 0 05 0 lcm厚 位于冠状静脉窦开口的前下方约0 5cm处 房室结内有许多过渡细胞 只有少数的P细胞散在其间 胶原纤维支架比窦房结为少 房室结中有房室结动脉及许多小分支 90 来自右冠状动脉 10 来自左冠状动脉旋支 房室结本身的结区 其上端略呈扩展形态 为结间束进入房室结的部分 称为房室结区 目前常按生理功能把房室结分为三部分 即 与心房交接处的AN区 中段的N区 与房室束 希氏束 相连的NH区 房室结具有三项生理功能 是窦性激动在此结内传导减慢 在这个激动传导稍事减慢之际 心房中血液得以有足够时间最后排入心室 而有助于以后心室收缩时排出更充分的血 其次它又是心房心室之间的一个功能上的过滤器 以避免心房扑动 颤动时过多的激动传入心室 避免了心室的过多的或杂乱的无效收缩 第三点便是它作为窦房结以下的第一个节律性较强的二级节奏点 3 4房室束 希氏束 总房室束为一略呈偏平的束体 约有1 2cm长 0 1 0 3cm宽 内有浦肯野 Purkinje 细胞 被胶原纤维分隔 使每个房室束细胞周围都有胶原纤维间隔包围 这说明在正常房室束内有纵行分隔的传导 纤维之间也有少数交叉联系 胶原纤维是不良导体 而浦肯野细胞传导很快 这种形态结构在生理功能上很重要 希氏束很短 它遂即自右向左穿过室间隔 此处与右侧的三尖瓣叶及左侧的二尖瓣叶很近 很决的分出宽带的左束支 而它本身向右下伸延 成为右束支 希氏束的血液供应主要有两个来源 一系来自房室结血管丛 另一来源是左冠状动脉前降支的间隔分支 此外心房下部及心室上部血管的一些分支也常参与希氏束的血供 因而希氏束的血液供应是比较充分的 右束支是条很明确的希氏束分支 或可看作希氏束分出左束支后所余纤维束的沿续 它沿室间隔右侧向前下方向走行 右束支的开始段是在心室间隔右侧的心内膜下 中段 肌内段 自内膜下穿入间隔右壁的三分之一 第三段又穿出间隔肌层而位于间隔右侧内膜下 值得提出的是 右束支末段直到心尖与三尖瓣前乳头肌的心室部分处才开始分支 这才开始把激动传入右室壁 它的血液供应来自房室结动脉 但更主要的是来自左冠状动脉前降支的间隔分支 其远端分支的血供完全由前隔支动脉供应口 3 4 1右束支 3 4 2左束支 左束支为扁平形 自房室束分出后在右冠瓣和无冠瓣之间由心室间隔膜部后方穿过 在室间隔左侧心内膜深面下行一段距离后分成前支和后支 前支达心尖部 分成许多细支 吻合成心内膜下浦氏纤维网 它从心尖达左心室前乳头肌 后支达后乳头肌 约60 的人中除上述二大分支外另一个中心支 向下沿行至间隔中部 因此名为间隔支 左束支的前分支及间隔支纤维血供主要来自冠状动脉的前降支 而其近端部分约有50 人中来自房室结动脉丛 至于那些后分支的血供 其近端多由房室结动脉供应 有时也同时接受前降支动脉的供应 而远端看来是接受前间隔动脉及后间隔动脉的两个穿透支动脉的双重血液供应 3 5浦肯野纤维 上述的左右束支虽分布在左室壁及间隔右侧上 但都尚未与心肌直接联系 根据多年的研究左室壁的各分支将再分布为浦肯野纤维进入心室壁 由于左室更早的分支 其间隔分支便得以自心室间隔左侧首先除极并向右上方扩散 以后左室壁分支及右束支的分支各自的远端也通过浦肯野纤维使两侧心室同时把经希氏束及上述左右分支传下的激动使心室肌自内膜面向外膜面辐射性地除极 4 心电P QRS T向量环的形成 包括了以下三个方面的内容 P环 心房除极心电向量环 的形成QRS环 心室除极心电向量环 的形成T环 心室复极心电向量环 的形成 4 1P环 P环 心房除极心电向量环 的形成 P环开始是向右下的 因为右房上部的窦房结发出的激动 通过前述的三条结间传导束把激动下传到房室结时 使右心房壁自上而下地传布着窦房结激动 以后便向左转 因为由前结间束分出的巴赫曼氏纤维使左心房壁自右向左的除极 所需时间较右心房的除极时间更长些 最终回到零点 P环 心房除极心电向量环 的特点 额面向量环的心电图导联中看P波也往往最清晰 胸壁导联中P波多属直立 但不高 因为P环基本是与额面平行的 因而自额面全电向量图看P环最清晰 但它毕竟是一个立体环 其前后方向在正常情祝下主要是略向前的 全部心房壁除极所产生的电位差并不大 P环较小 P环所历时间也较短 平均仅用0 10s即完毕 这是由于心房中存在着上述的三条结间束 心房肌壁又较薄 4 2QRS环 QRS环 心室除极心电向量环 的形成 心室的除极首先是由左束支的间隔分支自间隔的左下侧向右上的间隔肌开始的 这样自希氏束传下的激动继室间隔除极后 穿过右侧面 约用0 005s一0 01s 通过右束支传来的激动到达心尖部 右侧间隔及小梁肌 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浦肯野纤维 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面辐射状地向外膜面除极 当右口室壁的绝大部分已除极后 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心肌是心室壁中最后除极的部分 左束支的分支较早 它分出的间隔支在心肌内最早使心室间隔除极 因而在0 00 0 005s的时间内产生了自左向右 有时略向上 的最初的间隔肌向量 到0 015s时间隔肌已基本除极完毕 这时非但心室心尖部己被激动 而且通过左 右束支分支及浦肯野氏纤维开始激动左右心室心尖附近的心室壁 使之开始除极 综合向量在额面上已偏下 至0 02s时除极面已通过心尖部的心肌 主要在左右心室的室壁上除极 左心室的除极面大于右心室 综合向量偏左下方 但由于左心室除极面尚不很广泛 故向量的方向虽向左偏 而量尚不大 至0 025s时左心室除极面更明显地大于右心室 因而综合向量继续向左下转 向量也更大些 左心室至0 04s时 右心室绝大部分均已结束除极而左心室仍保持着一个相当大的除极面 这时左心室的除极面虽然不如0 025s时那样大 但由于与之对抗的右心室除极面显著缩小 所以综合向量仍相当大 并开始指向左上侧 至0 06s时大部分心肌已除极完毕 仅有左心室后底部小部分心肌仍作除极过程中 产生的电位影响便显薯减小 而且指向左上方 此后除极面逐渐减少直到完全除极不再产生向量 4 3T环 心室复极心电向量环 T环的形成相当于动作电位中的 3 时相 概括说来因压力 温度等等因素的影响 其总的进展方向是自心外膜面开始 较缓慢地向心内膜面进展 所形成的T环 其所占时间虽较QRS长得多 电位变化也没有那样剧烈 但重要的是方向相同或相近 因而T环时间与形态虽与QRS环差别很大 但方向上很接近 在心电图上也表现为当QRS波群以R为主的导联上 T波是直立的 右心室 3 时相复极过程对T环的发生影响较小 可能是因右心室壁较薄 时相复极所产生的电位活动远不如左心室壁大 心室间壁肌大致是自左右两侧同时复极的 因而所产生的电位活动相互抵消 据此T环的产生主要是由于左心室壁肌自外膜面向心腔面 3 时相复极的作用 因而出现了一个与QRS方向上大致接近的T环 把上图中a b c三个向量连接形成T向量环 不同时间T向量示意图 5 心电图的二次投影图象 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 包括标准导联 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 1 肢体导联 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 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