心肌细胞膜电位与离子转运示意图

心脏所以能产生生物电是因为心肌细胞在除极和复极的动态过程中,带电离子在细胞膜内外两侧选择性定向流动,细胞膜表面出现电位变化,在已除极部位与未除极部位之间形成电位差,而产生电流。

(一)心肌细胞激动时的电位变化

心肌细胞在静息状态时,细胞膜内排列带负电荷的阴离子,膜外排列同等比例带正电荷的阳离子,保持相对稳定的极化状态而无电位变化。当细胞膜某一部位受到一定强度的刺激时,其通透性发生改变,使细胞内外正、负离子分布发生逆转,受刺激部位的细胞膜出现除极化。在除极过程中,除极部位膜外带负电荷,邻近未除极部位的细胞膜外仍带正电荷,从而形成一对电偶。其电源(正电荷)在前,电穴(负电荷)在后,电流自电源流入电穴,并沿着一定的方向迅速推进,直到整个细胞除极完毕。此时心肌细胞膜内带正电荷,膜外带负电荷,为除极化状态,也无电位变化。除极结束后,由于细胞的代谢作用,使细胞膜又逐渐复原到极化状态,为复极过程。复极时形成的电偶是电穴在前,电源在后,并缓慢向前推进,直至整个细胞全部复极为止(图6-1)。

检测电极位于电源(正电荷)所在的位置,描记向上的波形;位于电穴(负电荷)所在的位置,则描记向下的波形。

(二)心电向量

心肌细胞在除极和复极过程中所产生的电偶,既有数量大小,又有方向性,称为心电向量,其方向由电穴指向电源。常用箭头来表示,箭头的方向代表电偶的方向,箭杆的长度代表电位强度。单个的心肌细胞激动时会产生一个心电向量。而心脏的除极与复极过程中每个瞬间都会产生许多心电向量。一般按以下原理合成为“心电综合向量”,其大小和方向随着心动周期不断发生改变(图6-2)。

图6-1　心肌细胞激动时的电位变化及检测电极的位置与波形的关系

图6-2　向量的综合原则

由体表所采集到的心电变化,是全部参与电活动的心肌细胞形成的综合心电向量变化的结果。其电位强度与下列因素有关:①与心肌细胞数量(心肌厚度)成正比;②与探查电极的位置和心肌细胞之间的距离成反比;③与探查电极的方位和心肌除极的方向所构成的角度有关,夹角越大,电位越弱。