心电图的形成原理

心电图的产生原理,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。,本图可见窦房结形成起搏后，迅速将冲动通过传导系统传至心脏各部形成心肌整体的电活动，然后心肌形成机械性收缩。,按照心脏激动的时间顺序，将此体表电位的变化记录下来，形成一条连续曲线，即为心电图。在正常情况下，每次心动周期在心电图上均可出现相应的一组波形。,P,Q,R,S,T,一组典型的心电图波形是由下列各波和波段所构成：,心脏除极、复极与心电图各波段的关系,1、P波：反映心房肌除极过程的电位变化；2、P-R间期：代表激动从窦房结通过房室交界区到心 室肌开始除极的时限；3、QRS波群：反映心室肌除极过程的电位变化；5、S-T段：从QRS波群终点到达T波起点间的一段水 平线；4、T波：代表心室肌复极过程所引起的电位变化；6、Q-T间期：从QRS波群起点到达T波终点间的时 限；7、U波：代表动作电位的后电位。,心电图electrocardiogram（ECG）是通过人体体表记录出来的反映每个心动周期中心脏兴奋的产生，传导和恢复过程中所伴有的生物电变化。所以，要对ECG有更深刻的了解，首先必须对细胞生物电的产生机理和变化规律有所了解。细胞生物电的产生依赖於细胞膜的特殊结构和功能。,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,心肌细胞复极，心肌细胞内电位变化,-90,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,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。,0,1,2,R波,ST,T,3,4,二、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）。,电偶是由一对强弱相等、距离很近的正负电荷所组成。正电荷叫做电偶的电源，负电荷叫做电偶的电穴，二者的假想连线称为电偶轴。生理学上的电偶是指细胞极化膜两侧的电荷排列，以及激动过程中细胞膜上的电荷运动现象。心肌细胞的除极、复极过程，就是细胞膜上一系列电偶的移动过程，由此产生了心肌电动力，并形成心电向量。,电源,电源（正电荷）在前，电穴（负电荷）在后。,电穴,也称为偶极子,心肌细胞除极时，除极点的细胞膜表面失去了正电荷而成为电穴，其前方尚未除极的膜上因具有相对高的电位而成为电源，这样就组成了一个电偶。电源在前，电穴在后。由于电偶两极间存在着电位差，于是产生电流。电源的正电荷不断地流入电穴，其电位则随之下降，当降到一定程度后，该处细胞膜发生除极，形成了新的电穴，于是电偶随着除极波的扩展而向前移动，直至除极完毕为止。,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,单个心肌细胞的复极过程同样也是一系列电偶的移动过程，即先复极的细胞膜上是正电位，其前方尚未复极的膜上呈负电位，构成电穴在前、电源在后的电偶，沿着复极方向而向前移动，直至复极完毕为正。单个心肌细胞复极过程的电位变化恰与除极过程相反。,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，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。,心电向量形成的基本知识,单个心肌细胞在激动过程中产生的电动力是有大小和方向的。其大小取决于电偶的强度，即细胞极化膜极化电压的大小；其方向则是电偶移动的方向，也就是激动波推进的方向。这种既有大小又有一定方向的心肌电动力，称为心电向量，通常以一个带有箭头的线段表示之。线段的长度代表心电向量的大小，箭头所指的方向代表心电向量的方向，线段的头端代表正电荷，尾端代表负电荷。,如果把上述过程简化，可以认为单个心肌细胞在激动过程中形成一个简单电偶，产生一个心电向量。一块心肌有若干个心肌细胞，激动时所产生的电偶数即为该块心肌细胞数的总和，将所产生的心电向量加在一起，即为该块心肌的综合向量。由于心肌细胞的排列各不相同，因而产生的心电向量的方向也就不同，各占一定的空间位置。这些方向不同的心电向量在空间综合成为一个总的向量，称为空间综合向量。,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，然而一般均按下列原理合成为“心电综合向量”：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。,+,A,B,C,+,A,B,C,A,B,C,心脏是由几个部分心肌组成的，除极时，是不同方向的电偶向量同时活动，各自产生不同方向的电动力，把几个不同方向的心电向量综合成一个向量，就代表整个心脏的综合心电向量。下面以上图为例说明左右心室同时除极时的综合向量。A代表左室的除极向量，指向左偏后，因左室壁较厚，除极电势大，所以箭杆较长；B代表右室除极向量，指向右前，因右室壁较薄，除极电势小，故箭杆较短。将A；B各为平行四边形的一边，并交点于C，平行四边形ABCD的对角线CD即为二者的综合向量（指向左后）,A,B,A,C,B,D,心室综合向量,厚度不等的空心圆锥体示意图,A,B,C,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。,0,0,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。,探测电极部位和波形与心肌除极方向的关系,光线垂直照射某一物体上，在平面上所形成的影象称为投影。,环线,投影,额面,右侧面,横面,空间心电向量环在三个平面上的投影,合理的心向量导联体系应精确性高，操作方便，适于临床普遍应用，弗兰克（Frank）体系为既合适又被世界普遍采用的体系。,心电向量图的导联体系必须组成三个贯穿躯体的导联轴，即横轴X轴和纵轴Y轴，前后轴Z轴。,任何物体都有三个面（额面，水平面，侧面），一个物体经过照射可以得到 3 个平面上的图像，在不同的平面上，导出的导联轴的方向各不相同。心脏在激动过程中产生的综合向量与导联轴之间的关系是：,向量投影在该导联轴正侧，出现正向波，平行于该导联轴正侧时，正向波振幅最大，如果向量与该导联轴正侧形成锐角，其角度愈大，投影愈小。 向量垂直于某一导联，在该导联轴上投影为一点，无波形出现。 若向量投影在某一导联轴负侧，是相互平行，则出现波幅较大的负向波，如果与该导联轴负侧成为锐角，其角愈大，负向波愈小。,B,A,A,B,A,B,0,X,A,Y,B,A,0,X,B,Y,A,B,e,C,Y,A,B,A,B,0,P,额面心电向量在X、Y座标轴上的投影,X,1,3,4,2,SA node,AV node,2,3,不同部位记录电极的电位,1,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1,4,2,3,1,4,2,3,向量环和QRS波群 综合向量的大小和方向随心动周期时刻都在变化，某一瞬间的综合向量称瞬间综合向量，简称瞬间向量，如果按时间顺序将各瞬间向量的箭头顶点连接起来，便形成一环状曲线，即为心电向量环。例如QRS环。,相同的向量环可以获得不同的心电图图形。此图形取决于电极的位置。,P,T,QRS,实际上，心电图是向量环在导联（电极）上的投影。,立体心向量环 实际上，心脏的向量环是立体向量环。心电图是立体向量环的二次投影。此立体向量环首先投影到身体的切面上。这就是平面向量环。然后，这个切面的向量环投影至导联，便为此导联的心电图。,三、心电图各波段的 组成和命名,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0.050.07秒），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,临床心电学对这些波段规定了统一的名称：1、最早出现的幅度较小的P波，反映心房的除极过程；,2、P-R间期（实为P-Q间期，传统称为P-R间期）反映心房除极过程及房室结、希氏束、束支的电活动；P波与P-R段合计为P-R间期，反映自心房开始除极至心室开始除极的时间；,Q,R,S,3、幅度最大的QRS波群，反映心室除极的全过程；,4、除极完毕后，心室的缓慢和快速复极过程分别形成了ST段和T波；,5、Q-T间期为心室开始除极至心室复极完毕全过程的时间。,QRS波群可因检测电极的位置不同而呈多种形态，已统一命名如下：首先出现的位于参考水平线以上的正向波称为R波；R波之前的负向波称为Q波；S波是R波之后第一个负向波；R波是继S波之后的正向波；R波后再出现负向波称为S；如果QRS波只有负向波，则称为QS波。至于采用Q或q、R或r、S或s表示，应根据其幅度大小而定。,R波之前的负向波称为Q波,Q,R波:所有在基线以上出现的正向波称为R波,r,r,r,S,S,R,q,s,R,R,R,R,R,S波: R波之后的负向波称为S波,S,R,q,s,R,r,S,QS,S,q,r,S,正常心室除极始于室间隔中部，自左向右方向除极；随后左右心室游离壁从心内膜朝心外膜方向除极；左室基底部与右室肺动脉圆锥部是心室最后除极部位。心室肌这种规律的除极顺序，对于理解不同电极部位QRS波形态的形成颇为重要。,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。,心电图的导联线,1、肢体导联包括标准导联、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。,肢体导联,双极肢体导联,单极肢体导联,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，顺钟向的角度为正，逆钟向者为负。每个导联从中心点被分为正负两半，每个相邻导联间的夹角为30。对此测定心脏额面心电轴颇有帮助。,0,+180,+90,六轴系统构成示意图,-30,-150,+90,aVR,aVL,aVF,0,2、胸导联属单极导联，包括V1V6导联。检测之正电极应安放于胸壁固定的部位