第一讲心电图电生理原理

心电图的电生理原理重庆市梁平县人民医院麻醉科刘春元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。PQRSTP,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。PTP-RQRSSTU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。水槽生理盐水心肌细胞电压表（mv)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）。心肌细胞电压表（mv)-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。除极刺激0+200-60-90(mV)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+200-60-90(mV)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+200-60-90(mV)12R波ST2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+200-60-90(mV)12R波STT3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+200-60-90(mV)12R波STT340+200-60-90(mV)12R波STT34QT间期从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）。电源除极电源（正电荷）在前，电穴（负电荷）在后。电穴也称为偶极子刺激－＋电穴电源除极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：①面对细胞电偶方向时，可测得正电位，描出向上的波（C）②背离细胞电偶方向时，可测得负电位，描出向下的波（A）③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）。除极方向电偶方向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1234(+)电源(-)电穴探测电极部位和波形与心肌除极方向的关系除极方向由体表所采集到的心脏电位强度与下列因素有关：①、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②、与探查电极位置和心肌细胞之间的距离呈反比关系；③、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。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。1、肢体导联包括标准导联Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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。Ⅰ0°+180°Ⅱ+90°ⅢRLF六轴系统构成示意图-30°-150°+90°avRavLavF0-30°avL-150°avRⅠ0°+180°+120°ⅢavF+90°Ⅱ+60°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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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。+30°+Ⅰ+aVF+Ⅱ+aVR-150°+aVL-30°-60°+90°+60°0°+120°+150°-180°-120°-90°+Ⅲ2、胸导联属单极导联，包括V1～V6导联。检测之正电极应安放于胸壁固定的部位，另将肢体导联3个电极各串一5千欧电阻，然后将三者连接起来，构成“无干电极”或称中心电端。如此连接可使该处电位接近零电位且较稳定，故设为导联的负极。胸导联检测电极具体安放的位置为：V1位于胸骨右缘第4肋间；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五肋间相交处；V5位于左腋前线V4水平处；V6位于左腋中线V4水平处。V1V1位于胸骨右缘第4肋间TPQRSV1V1位于胸骨右缘第4肋间TPQRSV2V2位于胸骨左缘第4肋间V1V1位于胸骨右缘第4肋间TPQRSV2V2位于胸骨左缘第4肋间V3V3位于V2与V4两点连线的中点V4V1V1位于胸骨右缘第4肋间TPQRSV2V2位于胸骨左缘第4肋间V3V3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V1V1位于胸骨右缘第4肋间TPQRSV2V2位于胸骨左缘第4肋间V3V3位于V2与V4两点连线的中点V4V4位于左锁骨中线与第5肋间相交处V5V5位于左腋前线V4水平处V1V1位于胸骨右缘第4肋间TPQRSV2V2位于胸骨左缘第4肋间V3V3位于V2与V4两点连线的中点V4V4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V5V6V6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。再见！我们下期见！下期内容：正常心电图