心电图波形成的基本原理.doc

第五节 心电图波形成的基本原理 一、电偶极子电场的电位 复习：电偶极子的概念 右图表示一个电偶极子。设点偶极子的两个点电荷的电量分别是+q和-q,间距是l,我们讨论他在空间某一位置a处的电位情况。 设a点到+q和-q的距离分别是r1和r2,则两点荷在a点产生的电位为：， 据电位叠加原理，a点的电位应为 设r为电偶极子轴线中点到a电的距离，连线r与电偶极矩p的夹角为θ，由于r1、r2、r都远远大于l，因此，可近似的认为r1r2≈r2, r2- r1≈lcosθ 所以， p为电矩 从式中可以看出在离电偶极子轴线中点的距离为r的地方如a点的电位，与电偶极子的电矩成正比，与距离r的平方成反比，且与θ角有关。cosθ在一、四象限为正值，二、三为负值，中垂面把电偶极子的电场分为正负对称的两个区域，而且，+q所在的区域电位为正，-q所在的区域电位为负， 若a电在轴线的延长线上，，a点的电位 若a电在轴线的中垂线上，，a点的电位 这就是电偶极子电场的分布特点。了解这些分布对理解心电图波形城市有帮助的。 采用球坐标系，将原点放在偶极子中心，Z 轴与相合，远处一点的电位等于两点电荷电位的叠加。 二、 　一片心肌是由多个心肌细胞所组成，这些细胞具有细长的形状，典型的心肌细胞约长100μm，宽15μm，每个细胞都被一层厚度为8-10nm的细胞膜所包围，膜内有导电的细胞内液，膜内有导电的细胞间液，他们都是电解液。这些细胞在未受到任何刺激时，处于静息状态，细胞膜外带正电，膜内带同等数量负电。这种电荷稳定的分布状态称为极化状态 图14－1－2　极化状态图 通过实验，测得极化状态的单一心肌细胞内电位为-90mV，膜外为零。这种静息状态下细胞内外的电位差称为静息电位。 极化状态时静息电位的恒定，有赖于细胞的代谢活动，细胞内外钾离子及钠离子浓度的比值以及细胞膜对钾、钠、钙、蛋白质、氯离子等具有不同的通透性。在静息状态下，细胞内钾离子浓度约为细胞外钾离子浓度的30倍，相反细胞外钠离子浓度约为细胞内钠离子浓度的15倍。至于阴离子，细胞内液以蛋白阴离子的浓度为高，而在细胞外液则以氯离子浓度为高。由于细胞膜对钾离子的通透性远超超过对钠离子和通透性，细胞内钾离子浓度又高于细胞外数十倍，钾离子便会不断地从细胞内向细胞外渗出。当钾离子外渗时，氯离子亦随之外渗，但因细胞膜本身带有负电荷，氯离子渗出受阻，就使较多的钾离子渗出到膜外，而未能渗出的游离型阴离子（主要是蛋白阴离子，其次是氯离子）留在膜内，使膜内电位显著低于膜外。膜内负电位的大小和静息时钾离子外渗的多少有密切关系，钾离子外渗越多，留在膜内的阴离子也越多，因而膜内负电位也越大，同时由于膜内带负电荷的阴离子越来越多，吸引着膜内钾离子（静电力作用），使膜内钾离子逐渐不能再向外转移，因而使膜内电位维持在-90mV的水平上，形成了静息电位。 心肌细胞的除极、复极过程：原来处于极化状态的的心肌细胞，因受到刺激而激动时，细胞膜对粒子的通透性发生了改变，从而引发了动作电位。心肌细胞在兴奋时所发生的电位变化称为动作电位，即心肌细胞的除极和复极过程所发生的电位变化。这时膜内外的电位必然改变，使原来的极化状态遭到破坏，——除极现象。心肌细胞受刺激时钠通道开放，细胞膜对Na+的通透性急骤升高，使细胞外液中的大量Na+　渗入细胞内，膜内电位从静息状态的-90mV迅速上升到+30mV，当一个心肌细胞的甲端受刺激而首先除极，由于Na+的内流使此处膜内变为正电位，膜外变为负电位，并且兴奋沿着细胞传播，如图是由甲向乙传播。（图14-1-4 B），乙端仍保持膜外为正电位、膜内负电位的极化状态，使同一个细胞膜外的甲乙两端出现了电位的差别。甲端为负电荷（电穴），乙端为正电荷（电源），二者形成电偶。也就是说整个心肌细胞等效于一个电偶极子，其电矩的方向与除极的传播方向相同（由甲向乙）。 除极过程是一个极其短暂的过程，心肌细胞经过除极后，又逐渐恢复原来内负外正的状态称为复极过程。此时Na+的内流已锐减，细胞膜对K+和Cl-的通透性增大，引起K+的外流和Cl-的内流，其中K+外流是主要的，使膜内电位快速自+20mV下降。心肌细胞复极时，先除极的甲端首先复极，恢复到极化水平，其膜外聚集正电荷，未复极的乙端膜外仍聚集负电荷，复极端为电极，恢复到极化水平，其膜外聚集正电荷，未复极的乙端膜外仍聚集负电荷，复极端为电源，未复极端为电穴，二者再次形成电偶，复极仍然是由甲向乙传播，只是电矩方向与除极时方向相反（图14-1-4 C）。 复极结束后，整个心肌细胞恢复极化状态后，电偶消失（图14-1-4 E）。 综上所述，在心肌细胞的除极和复极过程中，将形成一个变化的电矩，因而在其周围空间将引起电位的变化。