心电图产生原理

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生物细胞无论在静息或活动状态下，都伴随着电的变化，称为生物电现象。生物电现象主要表现为细胞内外的电位变化，这种电位变化是跨膜离子活动所造成的。
一、静息电位（跨膜电位）
　　心肌细胞在静息状态下，细胞膜内外存在着不同的离子差别，造成膜外带正电，膜内带负电，且其电位差为-90mv（以膜外电位为0为准），也就是说，细胞在静息状态下，膜内电位比膜外电位低90mv。这种静息状态下细胞内外的电位差别称之为：静息电位或跨膜电位，这种状态称之为：极化状态。
　　那么静息电位是如何产生的呢？是由于细胞膜内外离子分布和浓度不同以及细胞膜对各种离子的通透性不一致所造成。我们知道细胞膜内的主要阳离子为K+，其浓度要比细胞外的K+高30倍；细胞外的主要阳离子为Na+；其浓度要比细胞内的Na+高15倍
　　　离子的转移受两种力的支配：
化学梯度：高浓度向低浓度渗透。
电学引矩：同电荷相排斥，异电荷相吸引。
　　由于静息状态下，细胞对K+有较大的通透性，因此K+有内向外扩散，同时由于膜内的蛋白质离子不能透过细胞膜，但对K+有吸引作用，有阻止K+向膜外扩散的倾向，当上述两种力达到平衡时，K+外流就停止了，结果膜外带正电，膜内带负电，且膜内比膜外低-90mv。
　　有上述可见，静息电位是K+外流所形成的平衡电位。其大小决定于膜对钾离子的通透性和膜内、外钾离子浓度差。
　　膜对钾离子的通透性下降或膜内、外钾离子浓度差减小，皆可使静息电位减小（膜内电位负值减小）。
二、心肌的除极与复极
　　如果这时给静息状态下的心肌细胞以**（阈**），会发现细胞膜内带正电，这种极化状态下的消除，称之为除极。这种有**引起的电位变化，称之为动作电位。
　　　心肌细胞除极后，由于细胞的自身代谢过程，细胞重新使之恢复到静息状态下的电位（即进入膜内的阳离子移至膜外），这个过程称之为复极。
　　　心肌细胞的除极与复极实际上就是细胞膜静息电位的消失与恢复，每一次静息电位的消失与恢复过程便称为一次动作电位。
　　 其主要机理是由于细胞膜受**后引起膜对钾、钠、氯、钙等离子的通透性发生改变所致。特别是膜对钠离子的通透性增加；使膜内、外正负离子分布发生逆转。
　　　 我们把细胞从受到**产生的动作电位电位变化的过程，可用曲线表达出来，称之为动作电位曲线，并把它分成0、1、2、3、4五个时相，
　　　 每个时相的发生都与离子的内外流动有关。
　0相：为细胞的除极化阶段。大量钠离子内流进入细胞内，电位升至+30mv。
　1相：为复极的快速阶段；钠离子内流急剧衰减，而膜外的氯离子内流使细胞内的电位快速下降，并伴少量钾离子外流。
　2相：为复极的缓慢阶段；缓慢而持久的钙离子内流与钾离子少量外流，使电位保持稳定，形成平台，故又称之为平台期。
　3相：为复极化的最后阶段，钾离子外流加速，带出大量的正点荷，使膜电位趋于静息水平。
　4相：为静息期，膜电位保持稳定于静息水平，故呈水平线。
　　　 总结：（1）除极迅速，复极缓慢。
　　　      （2）除极为0相，复极包括1、2、3相。
（3）心肌细胞要在动作电位出现数毫秒后才发生收缩，即心脏在发生机械收缩之前，先发生电激动，而电激动的基础就是心肌细胞的动作电位。
电位0、1、2、3相，相当于心肌的收缩期，4相相当于舒张期。

三、电偶学说
细胞的除极先从一点开始，以后迅速向周围扩展，直到整个细胞除极完毕为止。复极过程也是如此，先除极的部位先开始复极。其除极过程和复极过程是用一对电偶来说明的。
那么什么是电偶呢？有两个带电量相等，距离很近的正负电荷所组成的一个整体，称之为电偶。正电荷叫电荷的电源；负电荷叫做电荷的电穴。其连线的中点称为电偶中心。
除极和复极的扩展犹如一对电偶在移动。不同点为：除极时电源在前，电穴在后；而复极时电源在后，电穴在前。
　　　静息时，细胞膜表面无电位差，也无电流产生。
当心肌除极完了时，细胞表面亦无电位差，亦不形成电偶，故无电流产生。只有除极过程或复极过程中，细胞表面才产生电位差，形成电偶，产生电流。示图如下：

　　　由此可知，心脏激动的传播，是先从受激动的部位形成电穴，它前面的便形成电源。此后电源变成电穴，更前面的部分又形成电源，正如一系列电偶向前移动。电源在前，电穴在后。当电源对着探查电极时，描记出向上的波形，即正向波。而当电穴对着探查电极时，描记出向下的负向波。
四、容积导电
　　　由于我们描记心电图时，不可能把电极置于心脏表面，而是通过人体的体表引导出来。为了更能说明上述过程，我们先做个试验：容积导电。
　　　把一对电偶放于一盆稀释的生理盐水中，由于盐水可导电，便有电流从正极流向负极，电流就分布于整个盐水中，这种导电方式称之为容积导电。心脏周围组织都可导电。因而人体也可看作一个容积导体，导体都有强弱不同的电流在流动，因而导体中各点存在着不同的电位差。（图）
五、心电向量
　　物理学上把既有大小又有方向的量称之为矢量或向量，电偶亦有大小和方向，故称之为心电向量。心肌细胞除极或复极过程中产生的电力（电偶），具有一定的方向、大小和极性，可用向量来表示。
　　通常规定电偶正极所指的方向称之为电偶的方向。心房肌、心室肌是有大量的心肌细胞组成的；一块心肌的除极和复极必然伴随着许多心肌细胞的除极于复极，在其除极或复极过程中，每一瞬间产生无数的心电向量，由于心肌细胞排列各不相同，其产生的心电向量朝向四面八方。这些方向不同的向量通过物理的平行四边形法则，可形成一个瞬时综合向量。心室除极或复极按一定的顺序进行，每一瞬间除极或复极的心肌数目和方向均不相同，因此，其产生的瞬时综合心电向量方向、大小亦不相同。
　　心房、心室除极或复极过程中，产生许多方向、大小不同的瞬时综合向量，构成一个环状轨迹，称为心电向量环，由于心脏是立体的，所构成的环为立体向量环，分别称为P向量（心房除极向量）；QRS（心室除极向量）和T向量（心室除极向量）。即P环、QRS环、T环。
六、心电图产生的原理
　　概括地说，心电图的产生是由立体心电向量环经过两次投影产生的。上讲中，我们对心电图的发生原理有了初步的了解，但我们怎样把心肌发生的电位活动描记或用什么形式表达出来呢？为此先前的工作者做了大量的工作 ，怎样才能将心脏产生的立体向量环在书本上表达出来呢，即心电向量与心电图的关系，立体向量是怎样还原成心电图的。
　　既然是立体的，就存在着三维空间，我们用三个平面来表达：（图）
　　额面：x+y(横轴与垂直轴)   
　　侧面：Z+Y(前后轴与垂直轴)
　　横面：X+Z(横轴与前后轴)
一个立体向量环，经过两次投影，第一次投影把立体向量图
投影在额面、平面上，成为平面向量图，这便是目前心电向量图
学中习用的平面向量图学；再把额平面向量图以平行光线自不同
角度投影在某移动着的心电图纸上（速度为25mm/s）就是为肢体导联心电图；
把横面向量图也以平行光线自不同角度投影在移动着的心电图纸上，就形成了心前导联心电图。