诊断学心电图电生理原理

心电图的基本知识 心脏活动的主要表现之一是产生电激动 它出现在心脏机械性收缩之前 心肌激动的电流可以从心脏经过身体组织传导至体表 使体表的不同部位产生不同的电位变化 心电图 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 心电图图形 心电图的临床意义 对于各种心律失常 传导阻滞的诊断有肯定价值特征性心电图改变以及演变是诊断心肌梗死的可靠和实用方法有助于心肌受损 供血不足 心包炎 药物和电解质紊乱等诊断可提示心脏房室肥大用于监测危重病人 外科手术 麻醉 心导管检查等以及航天 登山运动员的心脏情况 注意 心电图不是万能的 心电图是如何产生的 怎样与病人相连的 正常图形是怎样的 异常呢 教学目标 了解心电图的概念和临床意义了解心电原理和心电向量的概念说出十二导联的组成说出胸前导联的安放位置能叙述心电图各波段的命名 并说明其意义能准确判断心电轴的偏移 钟向转位 并理解其意义能描述窦性心律的特点 并准确判断掌握正常心电图各波形的特点和正常值熟练运用心电图的读图方法和步骤 心电发生的原理和心电向量的概念 PrinciplesandConceptions P Q R S T P QRS T 一组典型的心电图波形是由下列各波和波段所构成 要解开这个谜底 我们得先回到19世纪 我们先认识一个人 李普曼 法国物理学家 他发明了下面这个装置 毛细管静电计 尽管现在已经没人用这个东西 但是当时这个可是一件了不起的发明 它让观察毫安级的心电信号成为可能 因为当时并没有二极管 三极管这些东西放大电流 这个东西机理很简单在毛细管中一半是硫酸 另一半是水银 硫酸透光 而水银不透光 硫酸和水银都是电的良导体 当电流从中通过时 水银柱的上下运动对通过的光进行扫描 在后方以匀速运动的感光底片上就描记出相应的波形 大家看清楚描记的是电流 1908年李普曼因此获得诺贝尔物理学奖 1887年 英国医生奥古斯塔司 德 沃勒 第一次用李普曼发明的毛细管静电计在伦敦完成了第一次对表面心电图的描记 这是人类第一次看到心电信号的三个波峰 下面这位才是真正的主角 让我们一起认识他 荷兰生理学家 爱因托芬 因为毛细管静电计的毛细血管不可能做的太细 他无法测到更精确的电流 爱因托芬改进了这个装置 他利用通电的导体可以产生磁场的安培右手定律发明了 磁电式仪表 爱因托芬把提高灵敏度的任务完全交给超大的电磁铁 而动圈以匝数最少 质量最轻为目标 最终的结果是1895年推出的弦线式电流计 看清楚还不是心电图机 1903年爱因托芬因用这台弦线式电流计描记了人类历史上第一份真正意义上的心电图 这一年被称为心电图的公元元年 爱因托芬因因此被称为心电图之父爱因托芬因此获得获1924年度诺贝尔生理学或医学奖 这个已经是和心电图有关的第2个诺贝尔奖 大家需要注意一点 这个装置他仍然无法放大心脏电流 只不过用巧夺天工的工艺让及其微弱的电流在没有放大的基础上被记录 这种弦线式心电图由剑桥大学生产 10年只生产了3台 下面让我们一起饱饱眼福 这就是最早的3台心电图机的样子 现存于伦敦博物馆 时光又过了30年 我们迎来了20世纪最伟大的发现 半导体 半导体的3个发明者 巴丁博士 布菜顿博士和肖克莱博士 后来当之无愧的获得了1956年诺贝尔物理学奖 同时他让廉价的心电图机成为可能 因为他可以很容易的 不失真放大电信号 心电图因此从实验室转向临床应用直到今天 P T P R QRS ST U 一 心肌的除极和复极过程 1 静息膜电位 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 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 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 0 90 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 2 动作电位 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 90 刺激 20 心肌细胞除极 心肌细胞内电位变化 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 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相相当于单极电图或临床心电图的R波 刺激 0 R波 复极时 细胞膜对Na 的通透性迅速降低 对K 的通透性重新升高 使细胞内K 又开始外渗 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 相当于单极电图或临床心电图的J点 0 R波 J点 1 向内的Na 流与向外的K 流迅速达到平衡 使细胞内电位接近零电位水平 在动作电位曲线上形成一高平线 称为动作电位2相 相当于单极电图或临床心电图的S T段 0 1 2 R波 ST 2相末时 细胞膜对K 的通透性大大增加 故K 从膜内高浓度处加速外渗 使细胞内电位迅速下降 变为负电位 相当于单极电图或临床心电图的T波 0 1 2 R波 ST T 3 当细胞内电位终于恢复到 90毫伏并维持在此水平上 即为静息膜电位 这个时期称为4相 4相相当于单极电图或临床心电图T波后的等电位线 0 1 2 R波 ST T 3 4 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 为了检测心肌细胞的电位变化及波形的形成 将电极分别放在细胞的不同的部位 当检测电极 面对细胞电偶方向时 可测得正电位 描出向上的波 C 背离细胞电偶方向时 可测得负电位 描出向下的波 A 先面向细胞电偶方向后背离细胞电偶方向 可测得先正后负的波形 B 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 探测电极部位和波形与心肌除极方向的关系 由体表所采集到的心脏电位强度与下列因素有关 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 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 三 导联系统 LeadSystem 心电图导联 将电极置于人体的任何两点并用导线与心电图机连接 这种连接方式和装置称为心电图导联 标准导联 亦称双极肢体导联 反映两个肢体之间的电位差 位置 导联 左上肢电极与心电图机的正极端相连 右上肢电极与负极端相连 位置 导联 左下肢电极与心电图机的正极端相连 右上肢电极与负极端相连 位置 导联 将左下肢与心电图机的正极端相连 左上肢电极与负极端相联 单极导联 单极导联 心电图机的负极接在中心电端上 无干电极 把探查电极接在人体任一点上 就可以测得该点的电位变化 中心电端 零电位 Wilson提出把左上肢 右上肢和左下肢的三个电位各通过5000欧姆高电阻 用导线连接在一点 称为中心电端理论和实践均证明 中心电端的电位在整个心脏激动过程中的每一瞬间始终稳定 接近于零 单极肢体导联 将心电图机的负极与中心电端连接 探查电极在连接在人体的左上肢 右上肢或左下肢 分别得出左上肢单极导联 VL 右上肢单极导联 VR 和左下肢单极导联 VF 加压单极肢体导联 Gold berger提出在描记某一肢体的单极导联心电图时 将该肢体与中心电端相连接的高电阻断开 这样就可使心电图波形的振幅增加50 这种导联方式称为加压单极肢体导联 胸导联 亦是一种单极导联 把探查电极放置在胸前的一定部位 这就是单极胸导联 V1 V1位于胸骨右缘第4肋间 T P QRS V1 V1位于胸骨右缘第4肋间 T P QRS V2 V2位于胸骨左缘第4肋间 V1 V1位于胸骨右缘第4肋间 T P QRS V2位于胸骨左缘第4肋间 V3 V3位于V2与V4两点连线的中点 V4 V1 V1位于胸骨右缘第4肋间 T P QRS V2位于胸骨左缘第4肋间 V3位于V2与V4两点连线的中点 V4位于左锁骨中线与第5肋间相交处 V1 V1位于胸骨右缘第4肋间 T P QRS V2位于胸骨左缘第4肋间 V3位于V2与V4两点连线的中点 V4位于左锁骨中线与第5肋间相交处 V5 V5位于左腋前线V4水平处 V1 V1位于胸骨右缘第4肋间 T P QRS V2位于胸骨左缘第4肋间 V3位于V2与V4两点连线的中点 V4位于左锁骨中线与第5肋间相交处 V5位于左腋前线V4水平处 V6 V6位于左腋中线V4水平处 临床上诊断后壁心肌梗塞还常用V7 V9导联 V7位于左腋后线V4水平处 V8位于左肩胛骨线V4水平处 V9位于左脊线V4水平处 小儿心电图或诊断右心病变 例如右室心肌梗塞 有时需要选用V3R V6R导联 电极放置右胸部与V3 V6对称处 四 心电向量概念 向量 既有电位强度 又有方向性的电位幅度称为心电向量心肌除极 复极时产生的电偶 向量综合心电向量 多个心肌细胞产生的心电 电偶 向量总和瞬间综合向量 某一瞬间的综合向量心电向量环 按时间顺序将各瞬时综合向量箭头顶点连接起来 形成的一环形曲线 瞬时综合心电向量 代表一瞬间无数心肌细胞电活动的总合情况 心电向量与心电图的关系 1 心脏的传导系统 窦房结 结间束 前 中 后 房室结 房室 His 束 左 前上 后下 右束支 蒲氏纤维 整个心室肌其中前结间束 房间束 左房心房除极 由上 下 由右 左心室除极 左后 室间隔上部 右前 左下 左右室游离壁 右后上 左右室及室间隔基底部 空间心电向量环在平面上的投影 一次投影 平面心电向量图 空间心电向量环 立体 占有三维空间的环体 三个相互