心电图、心向量图产生原理

心脏在机械收缩前所发生的一系列电活动用仪器记录成连续的曲线称为心电图，记录成的向量环称为心向量图。
未激动时的心肌细胞，膜外排列阳离子带正电荷，膜内排列阴离子带负电荷，细胞膜呈极化状态。当细胞的一端被激动，使极化状态逆转，发生除极，该处细胞膜外正电荷消失而其前面尚未除极的细胞膜外仍带正电荷，这就形成一对电偶，电源（正电荷）在前，电穴（负电荷）在后，电流自电源流入电穴，而邻近尚未除极的部分又成为电源。这样，电偶沿着一定的方向迅速扩展，直到整个心肌细胞全部除极为止。该时膜内带正电荷，膜外带负电荷，称为除极状态，这种变化过程称为除极过程（除极化）。嗣后，由于细胞的代谢作用，使膜内外的离子恢复到未激动时的排列，细胞膜又逐渐复原为极化状态，这种变化过程称为复极过程（复极化），复极是按除极的先后程序进行，先除极的先复极，复极化的电偶是电穴在前，电源在后，并较缓慢向前推进，直至整个细胞全部复极为止。
由此可见，单个细胞的除极与复极过程进行的方向是相同的，但电流方向是相反的。由于除极过程进行较快而复极过程较慢，故除极的电流曲线较窄、高而尖锐，复极电流曲线则较宽、低而钝圆。但二者所包含的面积是代表各个过程中电位改变的总和，是相等的。由于探查电极位置的不同，所记录出来的波形也不一样。在除极过程中，面对着电源的探查电极记录出向上的波形，而面对着电穴的探查电极则记录出向下的波形，位于细胞中部的探查电极则记录出双相波形。复极过程中记录的波形方向，则与除极时相反(图1)。

图1 探查电极位置(1、2、3)与心电波形产生示意图→代表电偶移动方向

根据细胞生物电流产生原理，复极波与除极波的方向相反。但是，在正常人的心电图中，T波与QRS波群的主波方向是一致的，说明心室的除极自心内膜开始，复极则由心外膜开始，其机理尚未完全明了，可能与心外膜下心肌的温度较心内膜下的为高有关； 且当心室收缩时，接近心外膜处的心肌所承担的压力又较心内膜的为小，这也影响着代谢过程，故心外膜处心肌复极过程发生较早。
细胞在除极与复极过程中所产生的电动力，既有方向，又有数量，故为向量。可以箭矢表示，箭头的指向表示向量的方向，箭杆的长短表示向量的大小，在心脏除极与复极过程中的每一瞬间，同时存在着无数个方向与强度各异的电偶，这些电偶可按向量的迭加原则求得一个综合电偶即心脏的等效电偶，如用向量表示即瞬间综合心电向量。这些心电向量所致的电位变化经过人体这个容积导体才能从体表测量出来。放置在体表的探查电极和心脏除极或复极电偶相对位置的改变，必然会影响测量到的电位变化数值。根据容积导体的导电特性，探查点的电位(V)与电偶强度(E)成正比，与探查点到电偶中心的距离(r)的平方成反比，还要乘以探查点到电偶中心联线与电偶轴所成夹角(θ)的余弦即：不同探查点所测到的电位有高低正负之分，这正是心电图不同导联所记录到的电位变化波形也有所不同的原因。
如上所述，心脏兴奋过程中有许多瞬间综合向量，将这些向量的箭头顶端按激动先后程序连接起来所得到的环形曲线(从0点开始又终于0点)即为心向量环。其中心房除极过程构成P环，心室除极与复极过程分别构成QRS环与T环(参见“正常心向量图”条)，相当于心电图上的P波，QRS波群与T波。心脏是立体的，心肌除极与复极过程所产生的心电向量环自然也是立体的。但这个空间向量环目前还不能直接描记下来，只能以该向量环在三个互相垂直平面上的投影来表达，即分别构成各该平面的心电向量图：
❶前额面： 由(水平轴、左右方向)和(垂直轴、上下方向)组成，被检查者直立，从被检者的前面观看其额面。左右、上下、正负关系见图2甲。
❷上横面： 由和(前后轴、前后方向)组成，被检者俯卧，从被检者的头顶观看其横面。左右、前后、正负关系见图2乙。
❸右侧面： 由和组成，被检者直立，从被检者的右方观看其侧面。上下、前后、正负关系见图2丙。

图2 心向量图的各面标记体系

心向量图和心电图既然都是反映同一心电活动变化，两者必然密切相关。因此，额面心电向量图在肢体导联轴上的投影及横面心电向量图在胸前导联轴上的投影就分别构成肢体导联心电图及胸前导联心电图。具体构图方法如下：
(1) 导联I的导联轴为0°～±180°，通过O点垂直于该导联轴的+90°～-90°线把向量环分为左右两部分，居于读者右侧的向量环中各瞬间点，投影到导联轴的正侧，得到正电压；居读者左侧的向量环中各瞬间点，投影到导联轴的负侧，得到负电压。QRS向量环自O点至a点之间，投影得负电压，为q波；a点至b点间，q波电压逐渐减小，回到等电位线；b点至c点之间，投影得正电压，为R波；c点至O点之间，R波电压逐渐减小，回到等电位线；所以导联I的QRS波群呈qR型。T环都投影在导联轴的正侧，得直立的T波。
(2)导联aVF的导联轴为+90°～-90°，通过O点垂直于该导联轴的0°～±180°线把向量环分为上下两部分，居于该线上方的向量环中各瞬间点，投影到导联轴的负侧，得到负电压。居于该线下方的向量环中各瞬间点，投影到导联轴的正侧，得到正电压。QRS环自O点至a点之间，投影得负电压，为q波； a点至b点之间，q波电压逐渐减小，回到等电位线； b点至c点之间，投影得正电压，为R波； c点至d点之间，R波逐渐减小，回到等电位线；d点至e点之间，又投影得负电压，为s波；e点至O点之间，s波电压渐逐减小，回到等电位线；所以导联aVF的QRS波群呈qRs型。T环都投影到导联轴的正侧，得直立的T波。其他各肢体导联或胸导联心电图图形可利用同样原则获得。但在实际工作中记录向量图的导联和常规心电图的导联并非同一体系，按照投影原则画出来的心电图与实际描记的心电图，只能达到大体上的一致，细节上可能不完全吻合。

图3 额面心向量图在I、aVF导联轴的投影示意图