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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、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。

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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）。

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-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。

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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。

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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。

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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。

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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波后的等电位线。

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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。

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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。

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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）。

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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。

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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。

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0

复极

1

2

3

4

就单个细胞而言，在除极时