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1、心电图的产生原理,中国医科大学附属第一医院心功能科心电多媒体工作室,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,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:,P,T,P-R,QRS,ST,U,1、P波:反
2、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; 4、T波: 代表心室肌复极过程所引起的电位变化; 5、S-T段: 从QRS波群终点到达T波起点间的一段水平线; 6、Q-T间期: 从QRS波群终点到达T波终点间的时限; 7、U波:代表动作电位的后电位。,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
3、 -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。,请看下页,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
4、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)。,请看下页,-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。,请看下页,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
5、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。,请看下页,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。,请看下页,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。,请看下页,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
6、等电位线。,请看下页,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。,请看下页,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。,请看下页,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
7、成一对电偶(也称为偶极子)。,请看下页,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。,请看下页,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。,请看下页,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
8、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。,请看下页,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。,请看下页,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
9、的压力又比心内膜小,故心外膜处心肌复极过程发生较早。,请看下页,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,由于心外膜温度升高于心内膜,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。,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;,请看下页,刺 激,、与探查电
10、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。,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,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。,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,然而一
11、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。,请看下页,+,A,B,C,+,A,B,C,A,B,C,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
12、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0.050.07S),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,P波,临床心电学对这些波段规定了统一的名称: 、最早出现的幅度较小的P波, 反映心房的除极过程;,PR间期(P-Q间期),、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,QRS波
13、群,、幅度最大的QRS波群,反映心室除极的全过程;,、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;,ST-T,、Q-T间期为心室开始除极至心室复极完毕全过程的时间。,QT间期,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。,请看下页,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
14、,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
15、系,称为常规12导联体系。,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。,请看下页,0,+180,+90,请看下页,六轴系统构成示意图,-30,-150,+90,avR,avL,avF,0,请看下页,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