第一讲心电图电生理原理

1、心电图的心电图的电生理电生理原理原理重庆市梁平县人民医院麻醉科重庆市梁平县人民医院麻醉科 刘春元刘春元 心脏活动的主要表现之一是产生心脏活动的主要表现之一是产生电电激动激动，它出现在心脏机械性收缩之前。，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织传导至体表，使体表的不同部位产生不同的电位变化。不同的电位变化。 本 图本 图可见可见窦房窦房结结形成起形成起搏后，迅搏后，迅速将冲动速将冲动通过传导通过传导系统传至系统传至心脏各部心脏各部形成心肌形成心肌整体的电整体的电活动，然活动，然后心肌形后心肌形成机械性成

2、机械性收缩。收缩。 按照心脏激动的按照心脏激动的时间顺序时间顺序，将此，将此体表电位的变化记录下来，形成一条连体表电位的变化记录下来，形成一条连续曲线，即为续曲线，即为心电图心电图。在正常情况下，。在正常情况下，每次心动周期在心电图上均可出现相应每次心动周期在心电图上均可出现相应的一组波形。的一组波形。 PQRSTP,QRS,T 一组典型的心一组典型的心电图波形是由下列电图波形是由下列各波和波段所构成：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他发明了下面这个装置-毛细管静电计毛细管静电计，尽管现在已，尽管现在已经没人用这

3、个东西，但是当时这个可是一件了不起的发明，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）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这个东西机理很简单在毛细管中一半是管中一半是硫酸硫酸，另一半是，另一半是水银水银。硫酸透光，而水银不。硫酸透光，而水银不透光。硫酸和水银都是电的透光。硫酸和水银都是电的良导体。当电流从中通过时，良导体。当电流从中通过时，水银柱的上下运动对通过的水银柱的上下运动对通过的光进行扫描，在后方以匀速光进行扫描，在后方以匀速运动的

4、感光底片上就描记出运动的感光底片上就描记出相应的波形，大家看清楚描相应的波形，大家看清楚描记的是电流，记的是电流，1908年李普曼年李普曼因此获得因此获得诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖。18871887年，英国医生年，英国医生奥古斯塔司奥古斯塔司. .德德. .沃勒沃勒，第一次用，第一次用李普曼发明的李普曼发明的毛细管静电计毛细管静电计在伦敦完成了第一次对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。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 因为因为毛细管静电计毛细管静电计的毛细血的毛细

5、血管不可能做的太细，他无法管不可能做的太细，他无法测到更精确的电流，爱因托测到更精确的电流，爱因托芬改进了这个装置，他利用芬改进了这个装置，他利用通电的导体可以产生磁场的通电的导体可以产生磁场的安培右手定律发明了安培右手定律发明了-磁磁电式仪表电式仪表。爱因托芬把提高。爱因托芬把提高灵敏度的任务完全交给超大灵敏度的任务完全交给超大的电磁铁，而动圈以匝数最的电磁铁，而动圈以匝数最少，质量最轻为目标。最终少，质量最轻为目标。最终的结果是的结果是18951895年推出的年推出的弦线弦线式电流计式电流计-看清楚还看清楚还不是不是心心电图机电图机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

6、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

7、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：一、心肌的除极和复极过程： 1 1、静息膜电位：、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细胞内电位约为 -90-90毫伏毫伏，

8、即在静息状态下心肌细胞，即在静息状态下心肌细胞内电位比细胞外电位低内电位比细胞外电位低9090毫伏，这种静息状态下心肌毫伏，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。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在静息状态下，心肌细胞内外各种离子的浓度有很大差别。的浓度有很大差别。细胞内钾离子（细胞内钾离子（K K+ +）浓度）浓

9、度约为细胞外约为细胞外K K+ + 浓度的浓度的3030余倍余倍；与此相反，；与此相反，细细胞外钠离子（胞外钠离子（NaNa+ +）浓度则远高于细胞内）浓度则远高于细胞内Na+ Na+ 浓度浓度。至于阴离子，在。至于阴离子，在细胞内以蛋白阴离细胞内以蛋白阴离子的浓度为高，而在细胞外液以氯离子子的浓度为高，而在细胞外液以氯离子（阴离子）的浓度为高。（阴离子）的浓度为高。 2 2、动作电位：、动作电位： 当心肌细胞膜某点受刺激时，受刺激处的细当心肌细胞膜某点受刺激时，受刺激处的细胞膜对胞膜对NaNa+ + 的通透性突然升高的通透性突然升高，而对，而对K K+ +的通透的通透性却显著降低，因此性却显

10、著降低，因此细胞外液中的大量细胞外液中的大量NaNa+ +渗入渗入到细胞内到细胞内，使细胞内，使细胞内NaNa+ + 大量增加，细胞内电位大量增加，细胞内电位由由-90-90毫伏突然升高到毫伏突然升高到+20+20+30+30毫伏（跨膜毫伏（跨膜电位逆转）。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，称为跨膜动作电由激动所产生的跨膜电位，称为跨膜动作电位，简称位，简称动作电位动作电位。心肌细胞激动后，膜表面。心肌细胞激动后，膜表面变为负电位，膜内变为正电位，这种极化状态的变为负电位，膜内变为正电位，这种极化状态的消除称为消除称

11、为除极除极。 除极在动作电位曲线上表现为一骤升线，称除极在动作电位曲线上表现为一骤升线，称为为动作电位动作电位0 0相相。0 0相相当于单极电图或临床相相当于单极电图或临床心电图的心电图的R R波波。 除除 极极刺刺 激激0+200-60-90(mV)R波 复极复极时，细胞膜对时，细胞膜对NaNa+ + 的通透性迅速降低，的通透性迅速降低，对对K K+ + 的通透性重新升高，使细胞内的通透性重新升高，使细胞内K K+ + 又开始外又开始外渗，因而细胞内正电位迅速下降，接近渗，因而细胞内正电位迅速下降，接近零电位零电位水平，此时期称为动作水平，此时期称为动作电位电位1 1相相。相当于单极电。相当

12、于单极电图或临床心电图的图或临床心电图的J J点点。0+200-60-90(mV)R波J点1 向内的向内的NaNa+ + 流流与向外的与向外的K K+ + 流流迅速达到平迅速达到平衡，使细胞内电位接近零电位水平，在动作电位衡，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，称为曲线上形成一高平线，称为动作电位动作电位2 2相相。相。相当于单极电图或临床心电图的当于单极电图或临床心电图的S-TS-T段段。0+200-60-90(mV)12R波ST 2 2相末时，细胞膜对相末时，细胞膜对K K+ + 的通透的通透性大大增加，故性大大增加，故K K+ + 从从膜内膜内高浓度处高浓度处加速加

13、速外渗外渗，使细胞内电位迅速下降，使细胞内电位迅速下降，变为变为负电位负电位，相当于单极电图或临，相当于单极电图或临床心电图的床心电图的T T波波。0+200-60-90(mV)12R波STT3 当细胞内电位终于恢复到当细胞内电位终于恢复到-90-90毫伏并维持在毫伏并维持在此水平上，即为静息膜电位，这个时期称为此水平上，即为静息膜电位，这个时期称为4 4相相。4 4相相当于单极电图或临床相相当于单极电图或临床心电图心电图T T波后的等波后的等电位线电位线。 0+200-60-90(mV)12R波STT340+200-60-90(mV)12R波STT34QT间期 从从0相开始相开始到到4相开始

14、相开始的时间称为动作电的时间称为动作电位的时限，相当于位的时限，相当于Q-T间期间期二、除极与复极过程的二、除极与复极过程的 电偶学说电偶学说 1 1、除极的电偶学说：、除极的电偶学说： 心肌细胞在静息状态时，膜外心肌细胞在静息状态时，膜外排列阳离子带排列阳离子带正电荷正电荷，膜内排列同，膜内排列同等比例阴离子带等比例阴离子带负电荷负电荷，保持平衡，保持平衡的极化状态，不产生电位变化。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当细胞一端的细胞膜受到刺激刺激（阈刺激），（阈刺激），其通透性改变，使细胞内其通透性改变，使细胞内外正、负离子外正、负离子的分布的分布发生逆转，受刺激部

15、位的细胞膜出现除极化，发生逆转，受刺激部位的细胞膜出现除极化，使该处细胞膜外的使该处细胞膜外的正电荷正电荷（钠离子）迅速进入（钠离子）迅速进入细胞膜内，细胞膜内，此时该处细胞膜外呈负性电位，而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）。形成一对电偶（也称为偶极子）。电源电源除极除极电源（正电荷）在前，电源（正电荷）在前，电穴（负电荷）在后。电穴（负电荷）在后。电穴电穴也称为偶极子也称为偶极子刺刺 激激电穴电穴电源电源除极除极 为了检测心肌细胞的电位为了检测心肌细胞的电位变化及波形的形成，将电极分变化

16、及波形的形成，将电极分别放在细胞的不同的部位。当别放在细胞的不同的部位。当检测电极：检测电极：面对细胞电偶方向时，可测面对细胞电偶方向时，可测得正电位，描出向上的波（得正电位，描出向上的波（C C）背离细胞电偶方向时，可测背离细胞电偶方向时，可测得负电位，描出向下的波（得负电位，描出向下的波（A A）先面向细胞电偶方向后背离先面向细胞电偶方向后背离细胞电偶方向，可测得先正后细胞电偶方向，可测得先正后负的波形（负的波形（B B） 。除极方向除极方向 电偶方向电偶方向 此时心肌细胞膜内带正电荷，膜外此时心肌细胞膜内带正电荷，膜外带负电荷，称为带负电荷，称为除极除极状态。由于细胞状态。由于细胞的代谢

17、作用，使细胞膜又逐渐复原到极的代谢作用，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。化状态，这种恢复过程称为复极过程。 复极复极与除极先后程序一致，即先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，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。直至整个细胞全部复极为止。0复复 极极1234(+)电源电源(-)电穴电穴探测电极部位和波形与心肌除极方向的关系探测电极部位和波形与心肌除极方向的关系除极方向除极方向 由体表所采集到的心脏电位强度由体表所采集到的心脏电位强度与下列因素有关：与下列

18、因素有关：、与心肌细胞数量（、与心肌细胞数量（心肌厚度心肌厚度）呈正比关系；呈正比关系；左图为右室心肌的电动力强度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右图为左室心肌的电动力强度刺刺 激激 、与探查电极位置和心肌细胞之间、与探查电极位置和心肌细胞之间的的距离距离呈反比关系；呈反比关系； 、与探查电极的方位和心肌除、与探查电极的方位和心肌除极的方向所构成的角度有关，极的方向所构成的角度有关，夹角夹角愈大愈大，心电位在导联上的心电位在导联上的投影愈小投影愈小，电位电位愈弱。愈弱。四、心电图导联体系：四、心电图导联体系： 在人体不同部位放置电极，并通过导联线在人体不同部位放置电极，并通

19、过导联线与心电图机电流计的正负极相连，这种记录心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 由期 临 床 心 电 图 实 践 中 ， 已 形 成 了 一 个 由EinthovenEinthoven创设而目前广泛采纳的国际通用导创设而目前广泛采纳的国际通用导联体系，称为常规联体系，称为常规1212导联体系导联体系。 1 1、肢体导联包括标准导联、肢体导联包括标准导联、及及加压单极

20、肢体导联加压单极肢体导联aVRaVR、aVLaVL、aVFaVF。标准导联。标准导联为双极肢体导联，反映其中两个肢体之间电位为双极肢体导联，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。肢体导联主要放置上代表检测部位电位变化。肢体导联主要放置于右臂（于右臂（R R）、左臂（）、左臂（L L）、左腿（）、左腿（F F），连接此），连接此三点即成为所谓三点即成为所谓EinthovenEinthoven三角三角。0+180+90RLF六轴系统构成示意图-30-150+90avRavLavF0-30avL-150avR0

21、+180+120avF+90+60 在每一个标准导联正负极间均可画出一假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。为便于表明想的直线，称为导联轴。为便于表明6 6个导联轴个导联轴之间的方向关系，将之间的方向关系，将、导联的导联轴导联的导联轴平行移动，使之与平行移动，使之与aVRaVR、aVLaVL、aVFaVF的导联轴一并的导联轴一并通过坐标图的轴中心点，便构成额面通过坐标图的轴中心点，便构成额面六轴系统六轴系统。此坐标系统采用此坐标系统采用180180的角度标志。以左侧为的角度标志。以左侧为0 0，顺钟向的角度为正，逆钟向者为负。每个，顺钟向的角度为正，逆钟向者为负。每个导联

22、从中心点被分为正负两半，每个相邻导联导联从中心点被分为正负两半，每个相邻导联间的夹角为间的夹角为3030。对此测定。对此测定心脏额面心电轴心脏额面心电轴颇颇有帮助。有帮助。 +30+ +aVF + +aVR -150 +aVL -30-60+90+600+120+150-180-120-90+ 2 2、胸导联胸导联属单极导联，包括属单极导联，包括V V1 1V V6 6导联。导联。检测之正电极应安放于胸壁固定的部位，另将检测之正电极应安放于胸壁固定的部位，另将肢体导联肢体导联3 3个电极各串一个电极各串一5 5千欧电阻，然后将三千欧电阻，然后将三者连接起来，构成者连接起来，构成“无干电极无干电

23、极”或称或称中心电端中心电端。如此连接可使该处电位接近零电位且较稳定，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故设为导联的负极。胸导联检测电极具体安放的位置为：的位置为：V V1 1位于胸骨右缘第位于胸骨右缘第4 4肋间；肋间；V V2 2位于胸位于胸骨左缘第骨左缘第4 4肋间；肋间；V V3 3位于位于V V2 2与与V V4 4两点连线的中点；两点连线的中点；V V4 4位于左锁骨中线与第五肋间相交处；位于左锁骨中线与第五肋间相交处；V V5 5位于左位于左腋前线腋前线V4V4水平处；水平处；V V6 6位于左腋中线位于左腋中线V V4 4水平处水平处。V1V1位于胸骨右缘第4肋间 T TP PQRSQRSV1V1位于胸骨右缘第4肋间