医学专题—-血流及心电课件

1、医学专题-血流及心电第九章 血流及心电系统(xtng)第一页，共五十页。医学专题-血流及心电 1 心脏与血液循环系统 2 血流力学 3 动脉中的血流 4 心脏的心电过程 5 体表心电理论(lln)基础第二页，共五十页。医学专题-血流及心电第1节心脏与血液(xuy)循环系统机体需要(xyo)一个运输系统1、运送并分配O2、营养物质、激素等至各器官、组织2、收集并运送组织代谢产物至肺、排泄器官3、非运输功能：内分泌、免疫(miny)、调节体温等第三页，共五十页。医学专题-血流及心电第四页，共五十页。医学专题-血流及心电 血液循环是指血液(xuy)在心脏泵血的作用下在血管内定向的周而复始的流动。 体

2、循环是机体进行组织换气、物质交换的过程 肺循环是机体进行肺换气的过程 体循环是血液由左心室射入主动脉进入及其分支流经毛细血管时血液与组织之间的物质交换，然后进入静脉血管及其属支最后经上下腔静脉和冠状窦口汇合到右心房。 第五页，共五十页。医学专题-血流及心电pvllPKQ =svrrPKQ =血流正比(zhngb)于流入端的压力左右左右(zuyu)心脏心脏ppvpapRP-PQ/ )(=肺部和全身肺部和全身(qun shn)组织组织ssvsasRP-PQ/ )(=第六页，共五十页。医学专题-血流及心电papapaPCV=pvpvpvPCV=sasasaPCV=svsvsvPCV=肺和全身肺和全身

3、(qun shn)动脉和静脉血量动脉和静脉血量容抗脉管容抗脉管体积正比于全身体积正比于全身(qun shn)压力压力第七页，共五十页。医学专题-血流及心电稳态下，流入和流出的血量相等(xingdng)QQQQQsprl=0VVVVVsvsapvpa=+第八页，共五十页。医学专题-血流及心电第2节 血流力学(l xu) 流体力学的基本原理 生理流动必须服从物理学的基本定律，即质量、动量和能量三大守恒定律，这也是流体力学的基石。 流体的本构关系和具体(jt)的边界条件 Storkes假说壁面无滑流条件 Poiseulle流动 流体力学的基本方程 层流和湍流第九页，共五十页。医学专题-血流及心电Po

4、iseulle流动(lidng)第十页，共五十页。医学专题-血流及心电4R8QPL法国医生(yshng)Poiseuille(1840年)通过实验得到了直圆柱管定常流的压差流量关系。这一关系称为Poiseuille流动（实际上是牛顿流体在刚性直圆柱管内的充分发展了的轴对称定常层流运动）第十一页，共五十页。医学专题-血流及心电流体力学(li t l xu)的基本方程 连续性方程(fngchng)在 t 时间内沿x方向净流出控制(kngzh)体（流出质量减去流入质量）的质量为 按质量守恒定律，在时间t内沿三个方向净流出控制体的总质量应等于控制体内减少的质量 第十二页，共五十页。医学专题-血流及心电

5、利用(lyng)质点导数概念，可改写为连续性方程(fngchng)第十三页，共五十页。医学专题-血流及心电 动量方程 单位体积流体元上的体积力及三个方向的表面应力梯度(t d)造成了单位体积流体元的加速度 第十四页，共五十页。医学专题-血流及心电 纳维-斯托克斯（N-S）方程(fngchng) 矢量(shling)式为 物理意义是：惯性力与体积物理意义是：惯性力与体积(tj)力、压力、粘性力平衡力、压力、粘性力平衡 第十五页，共五十页。医学专题-血流及心电层流层流(cn li)与湍流与湍流粘性力惯性力=ReUdUd2. 雷诺数雷诺数1. 经典实验经典实验雷诺实验雷诺实验(shyn)(shyn)

6、(1883)(1883)哈根实验哈根实验(shyn)(shyn)(1839)(1839)林格伦实验林格伦实验(1957)(1957)U流速，流速，d 特征长度，特征长度，、 流体密度、粘度流体密度、粘度圆管临界雷诺数圆管临界雷诺数2300，当，当Re2300时将发生湍流。时将发生湍流。 流场显示流场显示 阻力测量阻力测量 热线测速热线测速第十六页，共五十页。医学专题-血流及心电 湍流内部的交换过程（物质输运、动量交换等）要比层流剧烈得多；除了分子运动引起的粘性应力外，还有湍流脉动引起的Reynolds应力。因此，在同样的流量(liling)下，湍流的阻力远大于层流。 第十七页，共五十页。医学专

7、题-血流及心电 在正常生理范围内，生理流动大部分为层流。只有在心脏射血时，在主动脉瓣口的雷诺数峰值达500012000（平均雷诺数36005800）。然而，只有在射血峰期可以观测到湍流斑，没有观测到持续的测量。 但是在病理条件(tiojin)下，在呼吸道和主动脉里都可以观测到湍流。人工心瓣后的流动就是湍流。第十八页，共五十页。医学专题-血流及心电第第4节节 心脏心脏(xnzng)的心电过程的心电过程 心肌细胞： 构成心房和心室(xnsh)壁的普通心肌细胞工作细胞 特殊分化的心肌细胞，组成心脏的特殊传导系统自律细胞 特殊传导系统包括： 窦房结 房室交界 房室束 末梢浦肯野纤维网第十九页，共五十页

8、。医学专题-血流及心电右心：右心：泵血入肺循环；泵血入肺循环；左心左心(zu xn)： 泵血入体循环。泵血入体循环。第二十页，共五十页。医学专题-血流及心电心肌的生理特性心肌的生理特性 心肌具有自动节律性、传导性、兴奋性和心肌具有自动节律性、传导性、兴奋性和收缩性。前三种特性都是以肌膜的生物电活收缩性。前三种特性都是以肌膜的生物电活动为基础，故又称为电生理特性。心肌的收动为基础，故又称为电生理特性。心肌的收缩性是指心肌能够在肌膜动作电位触发下产缩性是指心肌能够在肌膜动作电位触发下产生收缩反应的特性，是心肌的一种机械特性生收缩反应的特性，是心肌的一种机械特性。(一一)自动节律性自动节律性: 自动

9、节律性是指心肌在不受自动节律性是指心肌在不受外来刺激的情况外来刺激的情况(qngkung)下，能自动地产生下，能自动地产生兴奋和收缩的特性。兴奋和收缩的特性。窦性心律，窦性心动徐缓窦性心律，窦性心动徐缓，度性心动过速。，度性心动过速。(二二)传导性传导性: 心肌细胞有传导兴奋的能力称心肌细胞有传导兴奋的能力称为传导性，心脏的传导系统和心肌纤维均有为传导性，心脏的传导系统和心肌纤维均有传导性，但因房室间心肌细胞不相连，所以传导性，但因房室间心肌细胞不相连，所以房室之间兴奋的传导要靠心脏特殊传导系统房室之间兴奋的传导要靠心脏特殊传导系统传递。心脏的特殊传导系统包括寞房结、结传递。心脏的特殊传导系统

10、包括寞房结、结间束、房室结、房室柬间束、房室结、房室柬(房结区、结区、结房结区、结区、结束区束区)和与普通心肌细胞相连的浦肯野氏纤和与普通心肌细胞相连的浦肯野氏纤维。维。第二十一页，共五十页。医学专题-血流及心电传导过程传导过程 窦窦 房房 结结 结间束结间束 房间束房间束（优势传导通路）（优势传导通路） 房室交界房室交界(jioji)(jioji) 心房肌心房肌 房室束房室束 左左、右束支右束支 浦肯野纤维浦肯野纤维 心室肌心室肌第二十二页，共五十页。医学专题-血流及心电(三三)兴奋性兴奋性: 心肌细胞具有对刺激产生反应的能心肌细胞具有对刺激产生反应的能力，即具有兴奋性。与神经或骨骼肌一样，

11、心力，即具有兴奋性。与神经或骨骼肌一样，心肌细胞每产生一次扩布性兴奋之后，兴奋性总肌细胞每产生一次扩布性兴奋之后，兴奋性总要经历有效不应期、相对不应期和超常期，然要经历有效不应期、相对不应期和超常期，然后才恢复到正常这样一段周期性变化后才恢复到正常这样一段周期性变化(图图3-2)。期前收缩：期前收缩：心脏受到窦性节律之外的刺激，产生心脏受到窦性节律之外的刺激，产生的收缩在窦性节律收缩之前的收缩在窦性节律收缩之前, ,称为期前收缩。称为期前收缩。 代代偿间歇：偿间歇：一次期前收缩之后所出现的一段较长的舒一次期前收缩之后所出现的一段较长的舒张期称为代偿性间歇。因窦性节律的兴奋是规律下传张期称为代偿

12、性间歇。因窦性节律的兴奋是规律下传的，当窦性兴奋落在期前收缩的有效不应期内的，当窦性兴奋落在期前收缩的有效不应期内, ,就不就不能引起心室的兴奋和收缩能引起心室的兴奋和收缩, ,而出现一次窦律而出现一次窦律“脱失脱失”，需等待下次，需等待下次(xi c)(xi c)窦律刺激引起兴奋才产窦律刺激引起兴奋才产生收缩，此等待期间为代偿性间歇。生收缩，此等待期间为代偿性间歇。 第二十三页，共五十页。医学专题-血流及心电心肌细胞的跨膜电位 心肌细胞的跨膜电位产生的机制与神经和骨骼肌细胞相似，都是由跨膜离子流形成(xngchng)的 心肌细胞的跨膜电位的产生涉及多种离子通道，其波形和机制比神经细胞和骨骼肌

13、要复杂的多第二十四页，共五十页。医学专题-血流及心电第二十五页，共五十页。医学专题-血流及心电定义定义：测量电极放置在心脏或人体表面(biomin)的一定部位，用心电图机记录出来的心脏电位变化的连续曲线，即为心电图心电图反应心肌的兴奋性、自律性和传导性，而与心脏的机械收缩活动无直接关系。第二十六页，共五十页。医学专题-血流及心电 心电图描记方法在体表任何两处安放电极板，用导线接到心电图机的正负两极，即形成导联，可借以记录人体两处的心电电位差。常规用12个导联。 标准导联又称双极导联,由W.爱因托芬于19051906年首创，在三个肢体上安置电极，并假设这三点在同一平面上形成一个等边三角形，而心脏

14、(xnzng)产生的综合电力是一个位于此等边三角形中心的电偶。 单极肢导是威尔逊于19301940年代所创，即把三个肢体互相连通构成中心电端，在肢体通向中心电端间加一个5000的电阻，中心电端电位接近于零，因此被看作无干电极，探查电极分别置各肢体形成单极肢导。但由于所描记波幅太小，故戈德伯格又将其改良成加压单极肢体导联,即描记某一肢体的单极导联心电图时，将该肢体与中心电端的连接截断，这样其电压高出50。威尔逊所创单极心前导联是将中心电端与电流计的阴极相连，探查电极置胸前各位置。第二十七页，共五十页。医学专题-血流及心电 心电图记录(jl)为印有间距1mm的纵横细线的小方格;其横向距离代表时间，

15、一般记录(jl)纸速为每秒25mm，故每小格为0.04秒,纵向距离代表电压。常规投照标准电压1mV=10mm(图10)特殊需要时纸速可调至每秒50、100或200mm。电压1mV=20或5mm。 第二十八页，共五十页。医学专题-血流及心电正常时，每次心动周期在心电图上都可以(ky)出现P波、QRS波群、T波和U波、P-R段、S-T段和T-P段，P-R间期和Q-T间期及J点 第二十九页，共五十页。医学专题-血流及心电P波：反映左、右心房去极化过程中的电位和时间变化。P-R段：反映兴奋通过房室交界区，因其传导非常缓慢，形成的电位变化也很微弱，一般记录不出来而成等电位线。QRS波群：反映左、右心室去

16、极化过程中的电位和时间变化。S-T段：表示心室去极刚结束后尚处于缓慢复极的一段短暂时间，即代表心室早期(zoq)复极的电位和时间变化。T波：反映心室晚期复极过程中的电位和时间改变。U波：一般认为是心肌传导纤维的复极所造成，也有人认为是心室的后电位。第三十页，共五十页。医学专题-血流及心电心电图与心肌细胞动作电位的关系心肌细胞生物电变化(binhu)是心电图产生的根源。第三十一页，共五十页。医学专题-血流及心电 心电图与单个心肌细胞的动作电位波形上有很大的差别，因为单个细胞的电变化是采用细胞内记录法所记录到细胞膜两侧的电位变化，而心电图的纪录方法则为细胞外记录法，只能测出已兴奋部位和未兴奋部位膜

17、外两点的电位差。 心电图反映的是整个心脏的生物电变化，心电图上每一瞬间电位数值都是很多心肌细胞膜外电位变化在体表的综合反映。 由于记录电极(dinj)在心电电场中的位置和距心脏的远近不同，所记录到的波形也不同。第三十二页，共五十页。医学专题-血流及心电心电图的临床(ln chun)应用 （1）有决定性价值）有决定性价值 心律紊乱（包括传导阻滞及复杂的心律失常）为心律紊乱（包括传导阻滞及复杂的心律失常）为最精确的诊断方法，尤其对临床上不能确定的心律最精确的诊断方法，尤其对临床上不能确定的心律失常更具有实际意义。失常更具有实际意义。 确诊心肌梗塞，除确诊有无心肌梗塞外，更可用确诊心肌梗塞，除确诊有

18、无心肌梗塞外，更可用于了解病变的部位、范围及其演变的过程。于了解病变的部位、范围及其演变的过程。 进行心脏手术与心导管检查时，应用心电图作为进行心脏手术与心导管检查时，应用心电图作为示警器，以及时了解心律失常与心肌受累的情况示警器，以及时了解心律失常与心肌受累的情况(qngkung)，藉以指导手术的进行并可提示必要的药物处，藉以指导手术的进行并可提示必要的药物处理。理。第三十三页，共五十页。医学专题-血流及心电（2）有很大的帮助）有很大的帮助 于心肌病变（心肌炎、心肌病）、慢性冠状动于心肌病变（心肌炎、心肌病）、慢性冠状动脉机能不全等情况，可以了解心肌损害情况。脉机能不全等情况，可以了解心肌损

19、害情况。 提示心房、心室有无肥大提示心房、心室有无肥大(fid)，从而协助各种心，从而协助各种心脏病的临床诊断。脏病的临床诊断。 观察心脏病药物（如洋地黄，奎尼丁）或对心观察心脏病药物（如洋地黄，奎尼丁）或对心肌有损害的药物（如酒石酸锑钾、吐根碱）在用肌有损害的药物（如酒石酸锑钾、吐根碱）在用药过程中对心脏的不良反应。药过程中对心脏的不良反应。 血液中电解质紊乱，如血钙过低，血钙过高，血液中电解质紊乱，如血钙过低，血钙过高，血钾过低，血钾过高，尤以后二者有较大的帮助。血钾过低，血钾过高，尤以后二者有较大的帮助。 心包炎及心包积液的诊断。心包炎及心包积液的诊断。 急性及慢性肺源性心脏病的诊断。急

20、性及慢性肺源性心脏病的诊断。第三十四页，共五十页。医学专题-血流及心电对心电图检查(jinch)的评价 1.心电图正常绝不能排除心脏病，如较轻微(qngwi)的瓣膜病或双心室肥大时心电图可以正常；亦不能由于心电图有些不正常之处而肯定其患有心脏病，如预激综合征，右束支传导阻滞的改变可以见于正常人。 2.心电图的正常范围较大，多数值的判定标准，也不是绝对的，应避免将一些正常变异误认为不正常，甚而做出心脏病之诊断，而造成不应有的医源性错误，如T波的改变就很不稳定。第三十五页，共五十页。医学专题-血流及心电 3.心电图的某些改变并不具有特异性，同样的心电图改变可见于多种心脏病，如右室肥厚，即可见于肺源

21、性心脏病，先天性心脏病，也可见于风湿性心脏病；T波改变可见于心肌缺血、心肌炎，也可见于药物(yow)作用及电解质紊乱 故对其判断必须结合临床资料才能作出较恰当的结论4.心电图对于心脏的收缩功能的估计与瓣膜损害情况的反映无帮助。因而不能作为心脏功能的判断依据。第三十六页，共五十页。医学专题-血流及心电第5节 体表(t bio)心电理论基础 人体的体液中含有电解质，具有导电性能，因此人体也是一种容积导体，这样在人体内及体表均有电流(dinli)自心电偶的正极流入负极，形成一个心电场。可通过心电偶中心的垂直于电偶轴的零电位面把心电场分为正、负电位区。心电场在人体表面分布的电位就是体表电位。心电图机将

22、此体表电位的电信号放大及按心脏激动的时间顺序记录下来，即为心电图。 第三十七页，共五十页。医学专题-血流及心电心肌细胞除极与复极过程在临床心电图上通常用电偶学说来说明。由两个电量相等，距离很近的正负电荷所组成(z chn)的一个总体，称为电偶电偶。正电荷称做电偶的电源，负电荷称为电偶的电穴，其连线称为电偶轴，电偶轴的方向是由电穴指向电源，两极间连线的中点称为电偶中心。第三十八页，共五十页。医学专题-血流及心电第三十九页，共五十页。医学专题-血流及心电电位在容积导电体内(t ni)的正负电场示意图 第四十页，共五十页。医学专题-血流及心电在容积导体中各处都有强弱不同的电流在流动着，因而导体中各点

23、存在着不同的电位差，通过电偶中心可作一垂直平面，因面上各点与正负两极(lingj)距离相等，故在此平面上各点的电位均等于零，称为电偶电场的零电位面电偶电场的零电位面，零电位面把电偶的电场分为正、负两个半区。第四十一页，共五十页。医学专题-血流及心电 心肌细胞在除极和复极的过程中形成的心电位既有数量大小，又有方向性，称为心电向量心电向量 心电向量可用箭矢来表示，箭杆的长度表示向量的大小，箭头表示向量的方向（电源），箭尾表示电穴。因为(yn wi)心肌的除极是从心内膜面开始指向心外膜面，所以向量的方向是电源在前（箭头），电穴在后（箭尾）。复极时，因为(yn wi)先除极的部位先复极，所以电穴在前电

24、源在后。而心肌复极从心外膜开始，指向心内膜，因此复极向量与除极一致。 第四十二页，共五十页。医学专题-血流及心电 一片心肌是由多个心肌细胞所组成，除极与复极时会产生很多个电偶向量，把它们叠加在一起成为一个电偶向量，这就是综合心综合心电向量电向量 在心电活动周期中，各部心肌除极与复极有一定的顺序，每一瞬间均有不同部位的心肌的心电活动，例如：心室除极时0.01s，0.02s0.08s的心电向量 在某一瞬间又有众多的心肌细胞产生方向不尽相同的电偶向量，把这些电偶向量按平行四边形法依次加以综合，这个最后综合而成的向量称为瞬间综合心瞬间综合心电向量电向量。 心脏是立体器官，它产生的瞬间向量在空间朝向四面

25、八方，把一瞬间综合心电向量的尖端构成一点(y din)，则在整个心电周期中随着时间的推移，把移动的各点连接起来的环形轨迹就构成空间心电向量环即空间向量心电图。第四十三页，共五十页。医学专题-血流及心电 心脏电活动是诊断心脏疾病的重要指征，也是研究生物电活动的典型对象，二十年来对心电活动的建模与仿真研究一直是生物医学领域中建模与仿真工作的经典课题。 心电模型 电磁场模型与电生理模型 正问题(wnt)模型与逆问题(wnt)模型 源场模型与节律模型第四十四页，共五十页。医学专题-血流及心电心电场(din chng)理论电磁场模型心电场的基本(jbn)方程为式中,r是躯干容积导体内的任意场点;r是源点;M是该场点的电导率;H代表心脏区域;sl是躯干内电导率不连续的封闭界面,例如肺表面、心腔血液表面、胸腔肌肉(jru)层表面、皮下脂肪层表面等,它们是分片均匀、各向同性的,且其内外电导率分别为-l和+l以麦克斯韦方程为出发点，把心电场简化为准静态场，建立偏微分方程及适当的边界条件，用有限元方法或边界元方法求解方程在三维空间的解。理论上讲，自然界的一切电活动都服从电磁学的普遍规律，因此以电磁场理论为依据的心电建模与仿真较早受到研究者的重视，建