心电图原理电生理

心电图原理电生理 什么是心电图,心脏机械性收缩之前，心肌先发生电激动。这种电激动除了使心肌除极复极产生动作电位外，还会传布全身，使身体不同部位的表面随着心动周期变化出现不同的电位差。通过心电图机把不断变化的电位差连续描记得出的曲线，就是心电图。 临床心电图学就是把身体不同部位表面间变动着的电位下来，结合其他临床资料，给以适当解释，以辅助临床诊断的一门科学。 注意这里首先的是结合其他临床资料，给以适当解释。其次是辅助临床诊断，不是临床诊断，不能代替临床诊断 。所以心电图诊断需要结合临床才有其明确意义。 心脏机械性收缩之前发生的电激动就是心肌的周期性的除极与复极所产生的微弱电流----生物电，没有心肌的周期性除极与复极变化，就没有电激动，也就没有心脏的收缩与舒张，更不会有心电图。所以心电图医师要掌握有关心电生理知识，特别要掌握心电图形成的基本原理。 下面讲具体除极、复极、心电向量及心电图二次成像有关知识讲一讲。(叫复习也行，因为这些在医学校学习时已经学过了的。) (一)有关心肌细胞电生理知识 电偶的概念:由两个电量相等，距离很近的正负电荷所组成的一个电偶，电偶的方向指向电源侧，即所谓电源在前，电穴在后。有电偶存在，自然会形成电场。单个电偶可以形成电场，人体任何部位都存在着电场，所以体表任何两点间都存在着电位差，也就是一种电场，连接两点间的连线就是电轴，两点间的中点就是这个电场的0电位线。 电源电穴与电流方向示意图 毫无疑问，心肌细胞也是一个电场。心肌细胞的电变化主要是细胞膜内、外的电位变化，即膜电位变化。膜电位是细胞内、外离子活动的表现。细胞内的阳离子主要是K+离子，其浓度为细胞外液的30倍左右。阴离子主要为有机物离子。细胞外的阳离子主要为Na，离子，其浓度为细胞内液的15~20倍;Ca++为细胞内的20 000倍;阴离子主要为CL-。正常情况下细胞内外各种离子尽管存在明显的浓度梯度，却不能随意进出。除了细胞膜上的各种离子通道是否开放及开放程度大小影响外，还受细胞内外电场电荷的相互影响。只有在心肌细胞的除极和复极过程中，各种离子才相对明显的跨膜流动，造成细胞内、外的电位变化，形成动作电位。 心电图基础 1 静息电位 心肌细胞在静息状态下，由于细胞膜对钠离子的通透性是受条件限制的，而对钾离子的通透性大，加上细胞内钾离子浓度比细胞外显著大(高约30倍)，所以钾离子可以随浓度梯度大的细胞内流出细胞外，也可以随电梯度(外正内负)，被负离子相吸，进入细胞内。但由于钾离子是带正电荷的，钾离子大量外出，细胞内正负电荷就会失去平衡，所以细胞内的带负电荷的离子或大分子有机物质就会吸引着带正电的钾离子回到细胞内或在细胞膜表面，当达到浓度梯度与电梯度的平行时，细胞膜外是均匀分布一层钾离子的。这样在细胞膜外就会保持着带正电荷状态，细胞膜内侧保持带负电荷状态，这种正负电荷稳定的分布细胞内外，形成的包膜电位外正内负的状态称极化状态。静息时细胞膜内外电位差称静息膜电位。静息膜电位时细胞膜内外电位差约为,90mV。 图2-2 静息电位示意图 在静息电位时，正常心肌细胞表面都带正电荷，所以细胞表面任何两点间及细胞与细胞间是没有电位差的，也就没有形成电偶。这就是形成心电图的等电位线基础。 2. 心肌细胞除极化: 心肌细胞的极化膜某处受到一定强度的刺激时，如来自窦房结的电激动或病变部位细胞的电激动，细胞膜对离子的通透性突然发生改变，大量带正电荷的钠离子进入细胞内，结果细胞膜内迅速由负电位变成正电位，膜外则逐渐变成负电位，即产生电偶(细胞膜内和动作电位外产生的电位变化过程称动作电位)。心肌细胞这种膜电位由外正内负转为内正外负的过程称除极化过程。 图2-3 细胞除极过程及电位变化示意图1 除极化时，已除极与未除极的心肌细胞间形成电位差，即形成电偶。其电偶方向与除极方向是一致的。这样用微电流计分别在心肌两端记录其电位差，面对除极方向的探查电极记录的一个正向的波，背离除极方向的电极，记录得一个负向波。 细胞除极过程及电位变化示意图2 除极化结束，未复极化前，心肌细胞外均带负电荷，细胞间电位差也为0。 3 心肌细胞复极化:除极化后，随着细胞膜对离子通透性的改变，细胞内的正电位逐渐恢复到静息膜电位水平，这一过程称复极化，心肌细胞复极完毕后，又恢复静息电位，电偶和动作电位消失。 图2-5 细胞复极过程及电位变化示意图 复极化时，也有电偶和电位形成，电偶方向与复极方向相反。复极化完毕，细胞膜表面又恢复到除极前的静息状态，心肌细胞间也无电位差，无电偶形成。 4. 心肌细胞的除极、复极过程和动作电位:心肌细胞在兴奋时所发生除极和复极过程的电位变化称为动作电位。分为去极化的0相和复极化的1、2和3相。4相为静息期。 0相(去极化期): 【1】相(早期快速复极相): 【2】相(平台期): 【3】相(快速复极末相): 【4】相(静息相):4相的开始相当于复极过程完毕，心室舒张期由此开始。 心室肌细胞跨膜电位和离子活动示意图 前面已经讲过心肌细胞受到刺激后会依次发生去极化及复极化过程，即产生电偶和动作电位过程。这个过程是怎么进行的,这里通过对这条动作电位曲线的解释，来理解这个过程。 在静息状态下细胞膜外保持着带正电荷状态，细胞膜内带有负电荷状态，细胞膜内外的电位差约-90mV。 【0】相，叫去极化相:是由于细胞膜受到刺激，细胞膜的通透性发生改变，细胞膜上的Na+闸门快速开放，细胞外高浓度的带正电荷的Na+离子沿着浓度梯度快速进入细胞内，使细胞内富余的负电荷(阴极)不但突然消‎‎失，以致逆转，正电荷超过负电荷，即所谓超射，使细胞内的电位到达0电位以上。 在上面这条动作电位曲线0电位线以上部分，就叫超射部分。一般超射可以达到或接近+30mV。随后进入复极化过程。复极化过程一般分以下四个时相。 【1】相早期快速复极相:紧随其后由于细胞外Cl,随之快速进入细胞内，使超射的阳离子被中和掉一部分，这便形成快速复极【1】相，或叫“早期快速复极相”。 在上面这条动作电位曲线升至最高点后快速回落这段曲线就是【1】相部分.。 【2】2相平台期:【1】相后各种离子受到各自的闸门控制，保持进出相对平衡，形成一个相对平坦的平台期，即【2】时相期。在这期主要是K+缓慢外出，而Ca+也缓慢进入细胞内，两者所带的电荷进出量几乎相等，所以膜内外的电位差在较长时间段内相对平衡。 在上面这条曲线标志2这段相对平坦，处于0电位上下部分就是【2】时相平台期 【3】相快速复极末相:随后快钾离子通道开放，K+离子沿着浓度梯度迅速外出，使细胞内的带正电荷的阳离子浓度迅速降低，以致细胞内有恢复到-90度水平。这就是快速复极末相【3】相。又称复极相。在上面这条曲线标志3这段电位快速降低到达-90mV水平这段曲线是快速复极末相【3】相 【4】相，即静息电位相:此期，细胞膜内外，电位基本保持静息电位水平，但这时由于细胞内Na+、、、K+、Ca+并没有恢复到静息电位水平，要靠消耗能量(ATP)，分别经Na+- Ca+泵、Na+- K+泵，把多余的Ca+与Na+离子泵出细胞外，K+吸回细胞内，最后达到静息电位细胞内外各种离子分布平衡水平。迎接下一次正常的激动过程。 前面说过:没有心肌的周期性除极与复极变化，就没有电激动，------更不会有心电图。心电图与心肌除极与复极有什么关系呢, 心肌细胞动作电位变化与心电图对应关系:一般都认为0相与I相相当QRS时间，2相与ST段对应，3相与T波对应，4相相当T-P段。 (二) 心脏的电生理特征 心脏的心肌具有自律性、兴奋性、传导性、收缩性等电生理特性。这些生理特征是否正常，与一个人的生命体征及生活质量息息相关。心电图(包括心内心电图)是反映心脏这些电生理特征是否正常最重要手段。故心电图成为了心血管病无创性检查最常用手段而被临床广泛应用。下面就简单介绍心脏的这些电生理特性。 1、自律性 心脏在没有外来刺激的情况下，心脏传导系统的各个部位都可能按照自身的频率自动产生动作电位，即自发地、规律地产生兴奋，简称自律性。在心脏传导系统中，窦房结的自律性最高，正常每分钟约60,100次。房室结次之，约40,60次/分。房室结以下部位自律性 ,40次/分。窦房结产生的频率最高，因此称为第一级(最高)起搏点，房室结最低，约20 产生的自律性较窦房结弱，故称为第二级起搏点。其它束支及浦肯野氏纤维，称为第三级起搏点。 由于窦房结的自律性最高，正常情况下，窦房结的发出的激动抑制了其它节律点激动的形成，窦房结的节律自然成为心脏的主导节律。如窦房结的自律性降低，则房室结或其它低级节律点就会替代窦房结节律，产生异位节律。 此外，一些平时正常的心肌组织，可在某些生理或病理因素作用下，产生自律性(早搏 或逸搏)，或影响正常兴奋的传导，从而使心电图发生改变。目前认为可产生异位节律的部位已不限于传导系统、心房、心室肌及某些大血管根部心肌等也会产生自律性，如心房纤颤的异位节律源部分来自肺静脉根部(所谓肌袖)组织。在该处作射‎‎频消溶可使反复发作的房颤转复而痊愈。 2、兴奋性 心脏(心肌)的兴奋性是指心脏受到刺激后能发生电生理变化和机械性收缩的特性，也叫应激性。其特点是当刺激达到兴奋阈值以上时，不论刺激大小，其心肌收缩都是最大的。 心肌接受刺激时，心肌产生兴奋。其心肌兴奋时呈周期性的。心肌一次兴奋至下次心肌兴奋这个心动周期内心肌的兴奋性是不同的，一般一个心动周期可分为反应期与不应期(反拗期)，后者又分为绝对不应期、相对不应期。心肌只在反应期与相对不应期才对刺激产生反应。在绝对不应期向相对不应期的过渡时期，即在T波顶峰前30ms，历时10-60ms，给予刺激或室性早搏落在此时期(R-ON-T)可引起心室颤动，故此期称为易颤期或易损期。临床上进行电击复律时应避免落在易颤期上，以免引起心室颤动。 超常期是在复极化基本完成，膜电位由-80mV到-90mV这一短时间称为超常期或超常兴奋期。在该期内膜电位更接近阈电位，引起兴奋所需的阈刺激比正常小，即兴奋性较高。但此期间由于快钠通道尚未完全恢复，所产生的动作电位速度和幅度较正常小，传导速度较正常慢。超常期在体表心电图上相当T波末了U波的时间。 几个概念:心房易颤期相当于R波下降支和位于S波时间;心室易颤期在T波升支到达顶峰前30ms内，历时10-60ms;有效不应期是指从除极开始到复极化约-60ms的时间，包括绝对不应期与局限性兴奋期。 3、传导性 心脏(心肌)的传导性是指心肌能将兴奋向近邻部位扩散的特征。在传导系统中，各部位的传导能力也不一致，其中在房室结最弱，亦即兴奋在房室结内传导最慢。所以才使心室收缩总是慢于心房。此外，任何心肌或传导纤维兴奋的传导均有双向性，只要激动所到之处处于反应期均可传导兴奋。部分传导纤维，如房室结内双径路的慢径路及旁道等纤维由于其不应期长可出现单向阻滞，容易造成折返性心律失常。 4、收缩性 收缩性是心脏(心肌)对刺激发生收缩反应(机械收缩)的能力。正常情况下，心肌的收缩能力大小与收缩开始时的心肌纤维长度，即与心脏舒张期的充盈度有关，充盈度增加，心肌纤维变长，收缩力强，即心肌的收缩力与心脏的充盈度成正比。 心肌的收缩性在心电图上不能直接反映出来。当有心电活动，而无心肌的机械收缩时称为电-机械分离--心脏骤停(电衰竭)的一种表现。 (三) 心肌细胞电学改变与探查电极的关系 心肌细胞除极，复极过程，就是细胞膜上一系列电偶的移动过程，由此产生了心肌电动力，形成心电向量。向量的一般表示法是一个箭头，前为正,后为负,向量的大小取决于长度。 在除极化过程中用电流计可以记录到电位变化。探查电极面向电源时电流计指针摆向正侧，记录纸上产生一个向上的波形，背向电源时电流计指针摆向负侧，记录纸上产生向下的波形。探查电极在细胞中部则记录出先正后负的双向波形。复极过程与除极过程方向相同，但因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。 探查电极部位和波形与心肌除极方向的关系 由于心脏的除极与复极的情况比较特殊，除极是由心内膜向外膜方向进行，而复极由于心内的压力与温度等因素影响，复极方向则有心外膜向心内膜方向进行。所以不管除极或是复极电流的方向都是指向心外膜的。这就是心电图复极的T波方向与除极的QRS主波方向一致性的依据所在。 电位强度与波型与探查电极的关系 心脏电位强度与下列因素有关: (一)与心肌细胞数量呈正比关系，同一个方向除极的细胞多，产生的除极的电流强度就大。 (二)电极位置与心肌细胞间距离呈反比，电极位置远离心肌，其电位差就小。 (三)电极方位与除极方向的角度呈反比，面对除极方向的探查电极记录到的电位强度就大，而与除极方向有一定角度的部位的探查电极。这个角度越大，电位就越小。如下面图所示。 这里假定除极方向固定情况下，不同部位的探查电极在记录同一次除极过程所形成不同波形。面对除极正前方的R波电压最高，与除极方向有一定角度的部位的探查电极，角度越大，R波电压就越小。 (四) 心电向量的概念 物理学上把既有数量大小又有方向的量，称之为“向量”。心肌细胞除极和复极时，产生的电流，既有一定的强度，又有一定的方向性，故也属于向量，心电图学中称之为“心电向量”。 1、向量与综合向量: 每个心肌细胞激动时都可产生一个电偶向量，一定数量的心肌细胞所产生的电偶向量总和，称为综合心电向量。当两个向量方向相同时会产生叠加作用，方向相反会产生抵消作用(相减)。当向量方向不同时，综合向量符合平行四边形法则，即将两个向量做为两个相邻的边，构成平行四边形，其对角线就是其综合向量的方向与大小。 2、空间向量环 心脏是按一定的时间顺序激动的，每一瞬间都有很多很多指向四面八方的瞬间向量，在不同的平面上的瞬间向量均按平行四边形法则综合成某一瞬间的综合心电向量，不同瞬间综合向量的方向与量(电动力大小)都不同。这样一来，整个心脏除极形成的瞬间向量综合起来，形成空间立体向量环。这个环可以看成一个实体样的东西-----是一个不的实体。 空间向量环与各平面向量环形成示意图 目前多数书都用类似这样的图表示空间向量环与各个面向量环的关系。中间深黑色的环表示心脏除极形成的立体向量环。其它三面的环分别是该环在额面、横面与右侧面的投影图。 注意中间深黑色的心电向量环并不是扭麻花样的环，而是一个中心空的不规则的近似心型的实体样东西，原创者之所以画成扭转样环，可能与泪点运行不在一个平面上扭转有关。 可以把空间向量环看成一个实体样的东西。额面向量环就是用平行光线从前往后照射这个环，并按照瞬间综合向量走向得出的影子;右侧面横面向量环就是用平行光线从上往下照射这个环，并按照瞬间综合向量走向得出的影子;右侧面向量环就是用平行光线从右侧方向左照射这个环，并按照瞬间综合向量走向得出的影子。 注意:各面的投影不能理解为平行光线照射得出的向量体周边的‎‎影子～而是按照瞬间综合向量走向得出的影子。所以向量环就会出现扭曲、扭结现象。 心脏除极并不是在一个平面上进行的，心室除极时，室间隔左侧中1/3处的间隔肌先开始除极(室上传来的激动首先经间隔支激动该处肌)，向右前及向心尖方向除极。然后经左右束支分支来的激动到达左右室心内膜面蒲氏纤维网，使右左心室先后从心内膜向四周除极，也就是说这时的除极向量是指向四周的。但其瞬间综合向量，则是综合这些向量得出的，只能有一个方向，把各个瞬间综合向量的尖端连接起来，就会形成上述所说的空间立体向量体(立体向量环)。 心室除极形成的向量体就是心室从室间隔开始除极，然后到心尖、左右室壁，最后到心底部除极所形成。下面我们来学习具体除极进行的步骤。 3、心室除极程序、QRS向量环的形成 连接心室除极过程中各瞬间综合向量尖端的轨迹所形成较大的环，称QRS向量环。各瞬间向量的形成顺序(4个典型瞬间向量)如下: (1)室间隔除极向量:亦称Q向量或0.01s- 0.02s向量。心室的除极首先自室间隔中1/3左侧内膜下开始除极，除极方向自左朝向右向前方，心电图表现为V1导联R波的升支，V5V6导联的 q波。 室间隔除极向量 注意:这里的示意图只用额面心脏切面示意图。箭头所示的20ms时的瞬间向量(一般正常人除极开始15ms后的综合向量一定指向左前)，是由很多很多室间隔最先除极的心肌自左向右前方除极的向量的综合。标志有“+”的这弧型部分心肌就是心室最先除极处-细胞外由带负电荷转为带正电荷的部分心肌。外面标志“—”的以外均为尚未除极的心肌。 (2)心尖部除极向量:主要是反映心尖部及心尖相邻的左右室心肌除极所产生的综合向量，亦称0.02s- 0.03s向量。室间隔肌除极开始后，激动迅速扩散，而且右束支及左束支及其分支以及遍布于两侧心内膜下的浦氏纤维，迅速到达全部左、右心室的内膜面。左右心室壁的除极方向是自心内膜面辐射状地向外膜面除极。最先使右室间隔面、右室前壁和左室心尖部除极。由于心尖部位指向左，左室面心肌厚，产生向量力大，瞬间除极综合向量方向朝向左前偏下，相当0.02s - 0.03s的瞬间向量。心电图表现为V1导联R波的降支，V5导联的升支。 心尖部除极向量 这里看到空白的部分就是已经除极(细胞膜外带‎‎负电荷)部分心肌。包括室间隔与心尖部及心尖附近的左右室心肌。 (3)左室游离壁除极向量:亦称R向量。此时，由于右心室壁较左心室壁薄，右心室壁的除极面便先到达外膜面，在0.02s~0.03s先后结束。左室壁较厚，因而当右心室壁的绝大部分已除极后，还有相当大的部分左室壁还在进行着除极。故在0.04s主要为左心室除极，此时由于无右心室除极向量对抗，左心室游离壁除极产生的最大向量，其方向并指向左后下。心电图表现为V1导联S波的最低点V5导联的R峰。随着左室面除极心肌减少形成V5导联的R降支及S波升支的大部分。 左室游离壁除极向量 这份图显示除室间隔顶少部分与左室游离壁部分尚未除极外，其它部位心肌已经除极结束了。 (4)心室基底部除极向量:亦称终末向量。一般认为，左右心室的后底部与右心室的肺动脉根部(椎体部)或室上嵴心肌是心室壁最后除极的部分。即约0.06s以后左右心室基底部除极产生一个指向左后上方的小向量。心电图表现为V1导联S波与V5导联的R波的终末部分。部分人心室基底部室上嵴除极可产生一个指向左前上的向量(一般书本上使用部分人心室基底部室上嵴除极延缓可产生一个指向左前上的向量)，使V1导联，以至V2、V3产生一个终末r`或R`，与右束支阻滞混淆,特别在上1、2肋间R`可更高。部分正常人(约1/5)V1导联并无r`，但在上1、2肋间可出现明显的R`波，属室上嵴除极产生。下面图显示整个心室除极结束。 心室基底部除极向量 心室除极结束形成前面所说的立体向量环。该向量环投影在额面、横面、右侧面，分别得出各面得向量环。 大家必需理解，这些向量环就是把各个瞬间除极向量的尖端连接起来所形成曲线图，所以在实际临床应用时习惯分出各个瞬间向量进行。 下面的就是在横面各瞬间平面向量连接起来得出的向量环。 瞬间综合向量与横面向量环