主题：[贴图]心电图的原理和运行机制

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心脏结构

心电图的原理和运行机制

心电图的核心原理是：心脏在每次跳动时，都会先产生一种微弱的生物电信号。心电图机就是通过贴在皮肤上的电极，捕捉并放大这种电信号，然后以波形图的形式记录下来。

一、电生理基础：心脏为什么会产生电？

心脏的跳动始于一次自发的电激动。这个过程的“司令部”和“输电线路”如下：

1. 起搏点 - 窦房结

   • 位于右心房上部，是心脏的天然起搏器。

   • 它像一颗“种子”，会规律地自动产生电脉冲。

2. 电信号的传导路径

   • 第一步（心房激动）：电脉冲从窦房结发出，像涟漪一样扩散到左、右心房，引起心房肌肉收缩，将血液泵入心室。这在心电图上对应的是 P波。

   • 第二步（传导中继站）：电脉冲传到房室结。这里有一个非常重要的生理性延迟（约0.1秒），目的是让心房有足够时间把血液完全泵入心室。这在心电图上对应的是 PR段（不是间期）。

   • 第三步（心室激动）：电脉冲通过房室结后，沿着一条叫做希氏束的“高速公路”下行，然后分为左、右束支，像树根一样细化为无数浦肯野纤维，迅速将电信号传递到整个左、右心室。这引起心室肌肉收缩，将血液泵向全身和肺部。这在心电图上对应的是 QRS波群。

   • 第四步（恢复原状）：心室收缩完成后，心肌细胞需要“复位”，准备下一次激动。这个恢复过程也会产生微弱的电活动。这在心电图上对应的是 T波。

总结流程：窦房结 → 心房（P波）→ 房室结（PR段）→ 希氏束&束支 → 心室（QRS波）→ 心室复原（T波）

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心脏传导系统 图片来源于网络

二、运行机制：心电图机如何捕捉这些电信号？

1. 电极放置

为了从三维空间捕捉心脏的电活动，需要在身体表面放置多个电极。

• 肢体导联（4个）：分别贴在左腕、右腕、左踝和右踝（右踝作为地线）。它们主要反映心脏额面（可以想象为从正面和侧面看）的电活动。

• 胸导联（6个）：贴在胸壁的特定位置（V1-V6）。它们主要反映心脏水平面（可以想象为从横断面看）的电活动。

通过这10个电极，可以组合成12个不同的观察视角，即临床常用的 “12导联心电图”。这就像用12个不同的摄像头从不同角度拍摄心脏的电力活动，从而获得一个立体的、全面的图像。

2. 原理：爱因托芬定律与电偶学说

心电图机的物理学基础相对简单，它本质上是一个精密的电压表。

• 电偶模型：我们可以把一小片正在除极的心肌看作一个电偶（一对正负电荷）。除极波传播的方向，就是电偶向量的方向。

• 爱因托芬定律：这个定律指出，在一个等边三角形中（肢体导联构成了一个近似等边三角形），一个导联记录到的电位差，是心脏电活动向量在该导联轴上的投影。

简单来说：

• 当除极波（电信号）朝向某个导联的正极传播时，该导联就会记录到一个向上的波形（正波）。

• 当除极波背向某个导联的正极传播时，该导联就会记录到一个向下的波形（负波）。

• 当除极波方向与导联轴垂直时，则会记录到一个双向（先正后负或先负后正）的小波。

举个例子：

• 心室除极（QRS波）：主要方向是从心脏内部的间隔指向心尖再转向左后方。

  • 在指向左腿的导联（如II, III, aVF, V5, V6）上，我们看到的是一个高大的向上波（R波）。

  • 在指向右肩的导联（如aVR）上，我们看到的是一个深深的向下波（S波）。

  • 在过渡区（如V3），则可能是双向波（RS型）。

三、心电图纸与波形含义

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心电图被记录在一种特制的方格纸上。

• 横轴（时间）：一小格（1mm） = 0.04秒；一大格（5mm） = 0.2秒。

• 纵轴（电压/振幅）：一小格（1mm） = 0.1 mV。

现在，我们来解读一个标准心跳周期里的波形：

1. P波：代表心房除极（收缩）。正常形态圆钝。

2. PR间期：从P波起点到QRS波起点。代表电信号从窦房结发出，经过心房、房室结、希氏束，直到心室肌开始激动之前的总时间。正常约为0.12-0.20秒。

3. QRS波群：代表心室除极（收缩）。这是心电图中最高的波，因为心室肌肉最厚，产生的电动力最强。正常时限通常小于0.12秒。

4. ST段：代表心室除极完成到复极开始之间的平台期。正常情况下应在基线（等电位线）水平。它的抬高或压低是诊断心肌缺血/梗死的关键。

5. T波：代表心室复极（恢复）。正常情况下应与QRS主波方向一致。

6. QT间期：从QRS起点到T波结束。代表心室完成一次电活动（除极+复极）的总时间。过长有猝死风险。

总结

心电图的运行机制可以概括为：
心脏的节律性电活动（由特殊传导系统驱动） → 通过身体组织和体液传导到体表 → 被皮肤电极捕捉 → 经心电图机放大和滤波 → 根据爱因托芬定律等原理，在不同导联上形成特定的波形 → 最终记录在标准方格纸上，供医生分析诊断。

它是一项无创、快速、极其重要的检查，能够诊断心律失常、心肌缺血、心肌梗死、心脏扩大、电解质紊乱等多种心脏问题。

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血液循环路线示例 图片来源于网络

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血液循环动画  图片来源于网络