心电图总论

济宁医学院临床学院 李锋,心电图学（Electrocardiogram,ECG),Cardiac electrical activity and ECG,心肌在机械性收缩之前,首先产生电兴奋,即生物电流，可经身体组织传导分布到体表各个部位心脏的电位是每个心肌细胞在瞬时间电位的矢量和如果在体表放置电极，分别用导线联接到心电图机，它会按照心脏激动的时间顺序，将体表两点间的电位差记录下来，形成一条连续的曲线，这就是心电图。,心电图概念,是利用心电图机从体表记录心脏每一心动周期所产生电活动变化的曲线图形。,Williem Einthoven(1860-1927) 1924 Nobel prize,1903年研究和发明弦线型心电流计，并用以记录体表心脏电活动形成心电图学，迄今已经历一百余年历史（1903-2002年）,纪念心电图百年,英国生理学家沃勒（AugustusDesireWaller,1856-1922)。1886年，应用毛细管静电计在对动物心脏广泛研究基础上，萌发了在人体体表记录人类心脏电活动的想法。他将自己的右手和左脚放入一对装有盐溶液的水盆里，将溶液同时与静电计连通，他看到仪器上的水银柱伴随着心脏跳动而搏动的有趣现象，这样，第一幅人类的心电图被记录了下来。1887年在J.physiology发表了这一实验及记录到的心电图。因此，该心电图一直保存至今。,心电图的历史,August D. Waller,J Physiol (London) 1887;8:229-234,从改良沃勒的毛细管电流计入手;首次从体表记录到代表心脏完整的除、复极过程的心电波形。并采用P.Q.R.S,T标出记录曲线的波峰和波谷，一直延用至今，还给这类心脏电活动命名为心电图。1896年，对线圈式电流计产生兴趣，为了提高仪器的灵敏度，减少笨重的线圈的圈数，直到减少到一圈，最后变成了一根直线。1903年，他确定了心电图测量的三种导联，这就是著名的心电图检测的标准导联。同年，他对用这种新仪器和标准导联测量的人类心电图进行了分析，并与老式毛细管电流计测量法进行了对比，论文发表在一本德文杂志上。1906年开始，结合心音对P、Q、R、S、T波的生理意义进行了研究，说明心电图与心脏活动的关系。1908年发表了论文。1909年，发表论文详细描述了所改进的弦线式电流计。1911年依据论文英国电器工程师杜德尔设计出第一批推向市场的这种仪器。同年，又研究了呼吸时心脏位置变动对心电图的影响，同时说明了三个导联之间的关系，提出著名的“爱因托芬三角”的概念。1924年，诺贝尔基金会为表彰他在改进心电图仪的设计和建立现代心电图学方面的贡献，授予他诺贝尔生理及医学奖。,荷兰莱顿大学生理学家爱因托芬（W.Einthoven),Einthovens first published EKG, 1902,1908年，俄国萨莫依洛夫 （Aleksandr Filippovichmoylov,1867-1930) 发表专著心电图(Elektrokardiogramme)。1909年，英国医师、心脏生理学家刘易斯 (ThomasLewis,1881-1945)创办专用于心电图学领域的杂志Heart,1933年更名为ClinicalScience。1909年，维也纳医生罗思伯格(CorlRothberger)和温特伯格(HeinrichWinterberg,1867-1929)描述了有关心房纤颤的心电图特点。1910年，爱丁堡医生里奇(WilliamRitchie)和乔利(WilliamJolly)首次描述了心房扑动的心电图表现。1912-1918年，美国芝加哥医师赫里克(JamesHerrick)对心肌梗塞的心电图表现进行了较系统的研究，并作了经典的描述。,1914年，迈因斯(G.R.Mines)首次提出反映心脏节律异常机理的“循环运动理论”(circusmovement)。1914年，德国医师霍夫曼(AugustusHoffmann, 1862-1929)编著专业教科书作为心脏研究方法的电描记术及其成果(DieElektrographieals UntersuchungsmethodedesHerizensandihre Ergebnisse)。1918年，美国芝加哥的学者史密斯(FredSmith)通过结扎狗冠状动脉的实验，对心肌梗塞的心电图进行了补充研究。1919年，美国的帕迪(HaroldPardee)医师描述了伴随心肌梗塞的ST段和T波的特点。,1921年，英国的刘易斯出版了该领域的大型要览性专著心脏搏动的机理和图解记录(TheMechanismandGraphicRegistrationof theHeartBeat)。1928年，英国的帕金森(JohnParkinson)和贝德福德(EvanBedford)进一步描述了心肌梗塞后的典型系列心电图，研究了冠状动脉血栓形成的心电图特征。1930年，美国的心脏科专家威尔逊(Frand NormanWilson,1890-1952)等首先进行了心电活动的三维立体研究。该研究是现代空间向量心电描记术的先驱，其直接成果是胸导联的采用。,心电图机能将心脏活动时心肌激动产生的生物电信号(心电信号)自动记录下来,为临床诊断和科研常用的医疗电子仪器。由于心电非常微弱，一般只有1.02.0mV，必须将心电信号输入到放大器中进行放大，然后输入记录部分，推动描笔把心电波形记录在纸上，即为心电图。,心电图机,心电图机基本结构图,输入部分,放大部分,控制电路,显示部分,记录部分,电源部分,1、按元件类型可分为：电子管式、晶体管与电子管混合式、晶体管式、晶体管与集成电路混合式。 2、按显示、记录方式分：示波管显示方法、光线记录式、静电式、直接记录式（热笔式、墨水式）、打印机打印方式和热阵式。 3、按信号处理方式分：模拟信号处理方式及数字信号处理方式。 4、按结构及功能分类：单道式、多道同步式、交流型、交直流两用型、浮地”式心电图机、带微处理功能的心电图机、遥测心电图仪、胎儿心电图机、希氏束心电图机等。近 10 年来的新型机种：立体心电图仪、高频心电图仪、心电多域信息自动诊断仪、微机心电图仪等。 5、按记录器与其驱动电路连接方法分类；第一代“环路”反馈式、第二代“速率”反馈式、第三代“位置”反馈式、第四代热阵式和带微处理机可打印或描记心电波形及数据的心电图机。 6、按记录器本身结构分：动铁式、动圈式、外或内磁式。,心电图机分类,爱因托芬最初设计制造的弦线式电流计重达数吨，装满了座落在离莱顿大学附属医院一英里远的研究室中的一整间屋，用信号线将仪器与远方的病人连接起来。1910年改进成弦线电流计（重磅），最初的商业开发型仪器由英国CambridgeScientificInstrumentCo.制造，1911年产品正式推向市场。1914年生理学家维廉姆斯(HoratioBurtWilliams,1877-1955)设计了美国第一台心电图仪。1920年出现可移动式心电计，仪器可以安装在一辆四轮医用手推车上;1930年设计的仪器可以装在一个便携式操作箱里，由一个医生带到病人的家里使用;1938年，最小体积的仪器只有14公斤重。50年代中期以后，心电图仪的改进步入计算机化以及与其他检测技术合成的阶段。,心电图机发展史,便携式单道心电图机,单道自动心电图机,ECG-1200数字式十二道心电图机,数字式三道心电图机（ECG-8903,十二导联自动分析心电图机,多道自动心电图机（中/英文）,150x103 2k jpg,12导心电工作站,Shown here is the color representation of the same patients 80-Lead ECG.The area of injury is shown in red on the patients back, corresponding to the inferior-posterior location of the MI.,Example of potential misdiagnosis with a 12-Lead ECG,,是以生物生命信息学角度为主线，以心脏生物电活动为研究对象，与现代信息工程技术相结合，采用时域、频域和空间域为检测方法，研究与心脏电活动有关的数字化采集、分析、储存和传输方法及其规律；分析和阐明所获得的各种心电数据、曲线和图形等信息资料，为临床提供心电信息诊疗的一门独立学科。,心电信息学,1电学诊断：如心律失常等，心电图具有决定性诊断价值2特征性电学改变及演变规律：如心肌梗死、药物及电解质紊乱等，心电图有较可靠的诊断和监测价值3心脏形态学及血管改变：如房室肥大、心肌病、冠状动脉供血不足等，心电图有相当的诊断价值,心电图临床应用,4心脏及冠脉的储备功能：可通过心脏运动试验和药物试验获得一定的诊断价值，筛选高危人群，制订康复计划5急症或急救中的心脏监测：如大手术、心导管检查、介入治疗等，利于发现病变和判断病情变化6心电图的局限性：对心脏结构畸形或细部变化、病因诊断,第一节 临床心电学的基础知识,兴奋性(excitability) 自律性(autorhythmicity) 传导性(conductivity),电生理特性,收缩性(contractivity),机械特性,心肌细胞生理特性,一、心电图形成原理,工作细胞 心房肌细胞 心室肌细胞 特殊传导系统 自我节律细胞 起搏细胞 浦肯野细胞 非自律细胞 特殊传导结区 兴奋性 传导性 自律性 收缩性 工作细胞 有 有 无 有 自律细胞 有 有 有 无 非自律细胞 有 低 无 无,心肌细胞的类型及特点,据组织学及功能不同,工作细胞: 特殊传导系统： 窦房结、房室交界、 房室束支（His束）、 浦肯野纤维,心肌细胞,心肌细胞的类型及特点,Coordinating the Pump: Electrical Signal Flow,Figure 14-18: Electrical conduction in myocardial cells,膜进一步去极化,适宜刺激,部分电压门控式Na+通道激活,少量Na+内流，膜部分去极化,达阈电位（70mv）,大量Na+通道由备用状态变为激活状态,大量Na+内流,膜内电位急剧上升，直至接近钠平衡电位，形成0期,0期：由Na+快速内流形成,1.静息电位 （resting membrane potential ，RMP） 细胞在静息时，膜电位呈外正内负的极化状态，所测得的电位差为静息膜电位,2.动作电位（action potential，AP）心肌细胞兴奋引起膜去极和复极过程形成动作电位,心电产生的原理,是心脏动作电位在体表的表现,膜,100ms,0mV,-90mV,外,内,泵,4相自动除极速率（斜率）,1,2,3,ERP,0,APD,30mV,动作电位形成机制,动作电位及其形成机制,0期Na+内流（再生性钠电流）1期K+外流(Ito)2期K+外流和Ca2+内流处于平衡3期K+外流（Ik再生性复极）4期离子恢复（ Na+- K+泵和 Na+-Ca2+ 交换、 Ca2+泵）,0期：（除极过程）主要是电压门控快钠通道激活大量开放,钠内流LL 。1期：（快速复极初期）快钠通道失活，瞬时性K+外流。2期：（平台期）Ca2+负载的内向电流和K+负载的外向电流的平衡。3期：（快速复极末期）K+离子外流 4期：（静息期）Na+-K+泵和Na+- Ca2+交换体活动。恢复离子正常分布,心肌细胞（快反应细胞）动作电位及其形成机制,心肌细胞的AP升支与降支不对称，复极过程复杂，持续时间长。且各部分心肌细胞AP的形态、波幅都不同,1.心肌细胞的极化排列,心肌细胞在静息状态下，细胞膜具有选择性通透作用，它容许钾离子自由出入细胞膜，而不容许其他离子出入细胞膜，当钾粒子向膜外渗透时阴离子也随之外渗，但它不能透过细胞膜，这样就形成了膜外为正，膜内为负的排列方式，呈极化排列，亦称极化状态,二.,心肌细胞的除极与复极,Process of depolarization,stimulus,0,R wave,electrode,当心肌细胞膜的一端受到刺激，该处细胞膜的通透性发生改变，膜外钠离子及钙离子内流使膜内电位渐升高，当达到阈值电位时即发生除极，使该处电位差消失，而附近尚未除极的细胞膜外仍为阳离子，于是形成两处间的电位差。,2.心肌细胞的除极过程 -心肌细胞的传导性,物理学中把电位高的一端称为正极（即电源）电位低的一端称为负极（即电穴），电源和电穴合称为电偶。嗣后，电源处由于接受了电穴部位的动作电流，亦随之发生除极于是其本身又转为电穴；如此扩展造成电偶的不断移动，形成除极电流，直至除极结束，上述过程即为心肌细胞的除极过程；除极的前方为正，后方为负。,电偶,0,1,2,3,4,除极结束后， 心肌细胞通过代 谢完成能量的积 蓄，细胞膜上的 钠钾泵开始运转， 把进入细胞内的 钠离子泵出细胞 外，并把钾离子泵入细胞内，然后由于细胞膜的 选择性通透作用，钾离子随之外流，又形成外正 内复的极化排列，这一过程称为复极；复极的前 方为负，后方为正（先除极部位先复极）,3、心肌细胞 复极过程,(+),Orientation of depolarization,included angle between the electrode orientation and cardiac depolarization orientation.,电极与波形的关系,+ + +,+ + +, , ,+ +,I I,+ + + + + +,+ + + + + +, , ,+ +,+ +,I I,I I,1）心肌细胞除极时，除极的前方为正，后方为负2）心肌细胞复极时，复极的前方为负，后方为正3）除极时：探查电极面对除极方向（背对电流方 向）时正向波，反之则为负向波4）复极时：探查电极面对复极方向（面对电流方 向）时负向波，反之则为正向波,+ + +,+ + +, , ,+ +,I I,心肌细胞的除极、复极与波形关系,+ + +,+ + +, , ,+ +,I I,+ + + + + +,+ + + + + +, , ,+ +,+ +,I I,I I,+ + + + + +,+ + + + + +, , ,+ +,+ +,I I,I I,+ + +,+ + +, , ,+ +,I I,心肌细胞的除极与复极,1、心肌细胞数量； 2、探查电极位置与心肌细 胞间的距离； 3、探查电极的方位与心肌 除极的方向所构成的角度。,体表心脏电位强度的影响因素,Factors affecting acquisition of cardiac electric intensity,the number of myocardiocytes,Right ventricle electric intensity (left) and left ventricle electric intensity