常向荣 changxiangrong@163.com 第二章 心脏及其医疗器械 ——心电图 常向荣 changxiangrong@163.com

生物电及细胞电位 1 生物电发展史 细胞电生理 心电图

人类对“电”的认识

摩擦生电——雷电——电磁感应——电池的发明 人类对“电”的认识 1、人类认识电的过程 摩擦生电——雷电——电磁感应——电池的发明 (格雷) (富兰克林) (法拉第) (伏特) 2、电能的利用 皮克希制造了第一台手摇发电机 雅可比制造了第一台实用的电动机 西门子发明了第一台自激发式发电机(1867年)

富兰克林，美国著名的科学家。8岁上小学，聪明、好学，成绩突出。因为家境贫困，10岁就退学，跟着父亲学做肥皂和蜡烛。12岁的时候，到哥哥詹姆士的厂里当印刷工。在这期间，他博览了许多有名的著作，不仅获得了丰富的科学文化知识，而且养成了良好的自学习惯。

西门子制成发电机 发 电 机 1866年德国人西门子制成发电机

1786年伽伐尼用金属到与蛙的神经闭合回路，肌肉抽搐，表明回路存在电路 1792年发表了著名的论文《论肌肉运动中的电力》

蛙腿论战 亚历山德罗·伏特 1745－1827

伽伐尼PK伏打，动物电 PK 接触论 科莫市伏打教堂 博洛尼亚市伽伐尼广场上伽伐尼纪念碑 两座名城，向游人叙说一个科学佳话：始于一个的偶然发现，随之开展的青蛙实验，继而引发的蛙腿论战，直接导致了电生理学的起源，同时引发伏打电池的发明。

生物电研究的历史： 古埃及尼罗河里的猫鱼可以产生350V的高压脉冲； 公元前341年亚里士多德描述鳐鱼产生的生物电现象.通过电击麻醉猎物; 1791年，加尔瓦尼的铜铁金属弓使蛙腿肌肉收缩，同时伏特发明铜锌电池； 1827年Nobeli记录到肌肉损伤处与完整处之间的电位 差； 1842年，Matteucci用两个神经肌肉标本的神经干搭接，进行神经“诱导收缩” 实验 ； 1849年，Du Bois Reymond记录到神经静息电位和动作电位； 1902年，Bernstein提出电位存在于细胞膜两侧，与K＋的通透有关； 1920’s，Gasser和Erlanger用阴极射线管观察分析神经电位，于1944年获得诺 贝尔奖； 1939年，Hodgkin和Huxley用毛细玻璃管电极做胞内记录，并发明电压钳技 术，建立Na、K双离子模型； Eccles发现兴奋性和抑制性突触电位；三人分享1963年诺贝尔奖。 1976年，膜片钳技术发明，并获得1991年诺贝尔奖。

生物电现象是生命活动的基本属性,几乎一切生命过程中都伴随生物电的产生。 人体的各种生物电的研究、记录已经成为了解人体各器官的功能、临床诊断、治疗的可靠依据。

恩格斯总结自然学科成就时指出:”地球几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的现象” 目前,对健康人和患者进行心电图、脑电图、肌电图、视网膜电图及胃肠电图检查已经成为发现、诊断疾病的重要手段。

2 细胞电生理 细胞未受外界任何刺激(神经剌激、体液调节、电脉冲、光、机械等剌激)而处于生理静息状态 生理学上称为“静息电位”（ resting potential ）,也叫“膜电位”。 细胞膜外面带正电,膜内带负电,膜内外存在着电势差。

一般往往把膜外电位定为零，当膜内电位低于膜外电位时，称为“负电位”；反之则称为“正电位”。 对于房、室心肌细胞而言,在静息期膜内电位为-80mV 此时心肌细胞所处的静息状态叫“极化状态”（polarization）。

静息时: K+的膜内浓度比膜外高30倍; Na+的膜外浓度比膜内高10 ～ 15倍; CL-的膜外浓度比膜内高4～7倍; Ca2+的膜外浓度比膜内高104倍; 蛋白质阴离子的膜内浓度比膜外高等 由此可知,膜内外的K+、Na+、CL-、Ca2+等离子之间各有一定的浓度差形成浓度梯度。

静息时： 只有部分K+通道开放,允许K+在浓度梯度作用下发生跨膜扩散 对Na+的通透性很差

可兴奋组织 在各种动物组织中，一般神经、肌肉细胞，以及某些腺细胞表现出较高的兴奋性，只要接受较小程度的刺激，就能表现出某种形式的反应，称为可兴奋细胞或可兴奋组织。 如各种肌细胞表现为机械收缩，腺细胞表现为分泌活动等，把这种反应称之为兴奋。 可兴奋细胞处于兴奋状态时，他们都有一个共同的、最先出现的反应，就是受激处的细胞膜两侧出现一个特殊形式的电变化，这就是动作电位。

细胞电生理 生物电位是由“可兴奋细胞”的电化学活动产生的,这些细胞是神经、肌肉或腺组织的组成成分。 平时呈现静息电位,细胞膜内介质的静息电位约为-50mV～-100mV，细胞内带负电,细胞外带正电。 给予适当剌激产生动作电位，是迅速变化的电位。动作电位是随神经、肌肉和其他细胞冲动的传导而存在的。

图 心肌细胞的动作电位各时相

动作电位的传播 动作电位沿单一神经纤维传输情形

动作电位的传播 动作电位必产生局部电流。引起动作电位传播。 在未兴奋和已兴奋区域,膜电位极性反转。 电流方向：在细胞外液中由静息部位指向已兴奋部位，在细胞内液中由已兴奋部位指向静息部位 结果：使静息部位膜内电位升高，膜外电位降低，激发产生新的去极化过程。从而引起动作电位的传导

1 心脏结构 2、心脏电传导 3、心电图（electrocardiogram ECG） 二 心脏电生理 1 心脏结构 2、心脏电传导 3、心电图（electrocardiogram ECG）

心脏的位置

心脏解剖和生理 心脏是一个由肌肉组成的中空的“泵”，它不断地将血液泵至全身各处。心脏有拳头大小，每天跳动约10万次，在人的一生中，它要跳动约29亿次，一共泵出大约3亿4百万升的血液，与心脏相连的大血管负责运输血液到肺部及全身，然后返回心脏。心脏表面的冠状动脉血管相对较小，它们负责供应心脏的氧气和养料，并带走它产生的废物，如二氧化碳等。

心脏内部结构和肺部关系 上、下腔静脉将全身的静脉血液回流到右心房， 通过三尖瓣进入右心室， 心室收缩时将静脉血液通过肺静脉输送进入肺部进行交换，吸收氧气，释放二氧化碳等代谢废物，成为动脉血液, 通过肺动脉输送左心房， 通过二尖瓣进入左心室， 心室收缩时将动脉血液通过主动脉输送到全身。

心脏电兴奋传导 正常心电活动始于窦房结，兴奋心房的同时经结间束传导至房室结（顺序传导在此处延迟0.05～0.07S），然后循希氏束→左、右束支→普肯耶纤维顺序传导，最后兴奋心室。 这种先后有序的电激动的传播，引起一系列电位改变，形成了心电图上的相应的波段。

一 心电图 ●人体组织是容积导体，心肌细胞兴奋时，心电偶形成心电场，使人体体表各点均具有一定的电位 一 心电图 ●人体组织是容积导体，心肌细胞兴奋时，心电偶形成心电场，使人体体表各点均具有一定的电位 用心电图机记录下随心动周期而变化的电位差波形即为心电图。 ●大量细胞组成的生物组织——生物电信号源。 ●在体表检测电位的变化，可以反映体内的生理功能。

心电图 心电图的检查意义在于：用于对各种心律失常、心室心房肥大、心肌梗死、心律失常、心肌缺血等病症检查。感染性疾病、内分泌疾病、神经肌肉性疾病、电解质紊乱及药物影响等，也往往需要进行心电图检查，提供医学诊断的参考。 哪些人应该去医院做心电图检查呢？ 　　１．对于那些年龄较大、体格较胖、血压长期较高，以及血清胆固醇、血脂增高的人，即使无任何症状，也需进行心电图检查。 　　２．老年人因激动或饱餐等引起上腹部一过性疼痛时，应考虑心绞痛发作的可能，可描记心电图确定诊断。 　　３．对常表现为胸部烧灼感、闷胀感、压迫感、窒息感、沉重感、呼吸停顿感、刺痛、钝痛以及胸部有说不出的难受或表现为上肢无力、麻木、有蚁感等疼痛性质不典型的人，也应该及时去做心电图检查。 　　４．常感觉心悸、心慌、自觉心脏有停搏感的人，以及近期内患过较严重感染的人，应该去医院检查心电图。

三道心电图机 顺序记录１２导联心电图后重新 排列在一幅纸上 运动心电图记录系统

心电图记录计的发明者-埃因托芬 埃因托芬进入荷兰乌特勒克大学后，跟随著名医学家、现代眼镜片的发明者杜德学医 威廉.埃因托芬（1860－1927）荷兰医学家 小埃因托芬是由一位中国阿姨带大的，人们叫这位中国阿姨为洪妈。埃因托芬四岁起跟洪妈在上海侨居了六年，并且在上海上了小学。这期间，洪妈还带他到自己的家乡广东新会住了一段时间。埃因托芬因此与洪妈有着深厚的感情。在他17岁时，洪妈因心脏病死在爪哇岛的庄园里。埃因托芬悲痛不已，他立志学习医学，从事心脏病研究。 埃因托芬进入荷兰乌特勒克大学后，跟随著名医学家、现代眼镜片的发明者杜德学医 为了掌握电学基本原理，以便进行心脏电流研究，埃因托芬转入物理系攻读了一年。 1900年，埃因托芬把健康者和心脏病患者的心脏活动电压记录下来加以比较，确认这种方法对临床医学很有意义。埃因托芬成功地设计了心电图机的关键部件指针式微电流计。 1903年发表了《一种新的电流计》，他的论文获得广泛承认，这标志着心电图技术应用于临床诊断的开始

• 1895年荷兰生理心电图机历史学家W. Einthoven首次从体表记录到心电波形，当时是用毛细静电计。 1903年，他确定心电图的标准测量单位，即描记记录的影线在纵坐标上波动1厘米，代表1毫伏的电位差，在横坐标上移动1厘米为0.4秒。采用P、Q、R、S、T等字母标出心电图上的各波，并选择双手与左脚安放电极板，组成3种标准导联（至今仍沿用）。 1912年研究正常心电图的变动范围，并提出“爱因托芬三角”理论。 • 1910年改进成弦线电流计（重600磅） • 1920年出现可移动式心电计；

• 1928年小至可放心电图机历史入皮箱内 • 1934年第一台电子管放大器由西门子公司造出（用阴极射线管记录）； • 直至二战后运用伺服电子技术才改进了记录笔的失真。 世界最小心电图仪问世 （2014-03-17 ） 下载软件进行网络监护 手机就可以做心电图（2013年07月08日）

1912年，Cambridge Instrument公司制造的弦线式心电图机 1903年爱因托芬应用弦线电流计心电图 弦线式心电描记器的工作原理 弦线式电流计 1912年，Cambridge Instrument公司制造的弦线式心电图机

心电图的基本知识 心脏电生理活动过程 右心室 左心室 右心房 左心房 发出一个兴奋 左右心房几乎同时兴奋（存在一个很短的时间间隔） 窦房结 右心房 发出一个兴奋 右心室 房间束 左心房 房室束 左心室 左右心房几乎同时兴奋（存在一个很短的时间间隔） 心房、心室的兴奋表现为心收缩，向外射血过程

收缩 收 缩

心电图导联 记录心电图： 电极的放置位置 电极放大器的连接形式 十二导联体系：

胸前导联 也属单极导联，是将心电图机的负极与中心电端连接，正极与在胸壁一定位置的探查电极相连。 探查电极距心脏很近，因此心电图的波形振幅较大。

反映心脏水平面情况。

3.2.1 电极安放位置 需要放置10电极，分别为：左臂（LA）、右臂（RA）、左腿（LL）、右腿（RL）以及胸部（V1～V6） 一般右腿为参考电极 肢体电极采用平板电极；胸电极采用吸附式电极

导联线 导联线是连接电极和心电图机的多股电缆线，各股电缆线应绞合在一起以减小磁场干扰，并屏蔽以减少电场干扰。

导联线的颜色标准 ECG Lead AHA/US IEC RA 白 红 LA 黑 黄 LL 绿 RL V 棕 V+ 灰 and白 灰and白

心电图机

心电动态监护和分析系统 发明人Holter 可以对日常生活中的患者作连续24h不间断监护 系统分为两部分： 携带式记录盒和快速回放分析 记录介质：磁带、硬盘和存储器， 分析部分主要是由存储信号解读部分和分析软件组成。

运动心电图机

还知道哪些生理电测量呢？

脑电

肌电

肌电图 兴奋和收缩是骨骼肌最基本的机能，也是肌电图形成的基础。 肌电图能比较准确地反映神经损害和肌肉病变两方面的不同改变,并能很方便地将两类病变区别开来, 患有肌肉无力、萎缩或其它某些情况, 临床鉴别诊断有困难时, 医师往往借助肌电图检查。 运动神经细胞或纤维兴奋时，其兴奋向远端传导则通过运动终板而兴奋肌纤维，产生肌肉收缩运动，并有电位变化，这种电位变化就是肌电图的来源

⑴ 频繁的肌束震颤 (肌肉跳) ：这是失去神经支配早期时肌细胞兴奋性增高的表现, 常见发生于脊髓下运动神经和周围神经疾病, 如: 运动神经元病、少年型脊髓型共济失调症、脊髓压迫症、周围神经病、周围神经损伤等的病变早期。 此时, 神经变性尚不完全, 肌肉的无力和萎缩尚未出现, 但肌电图可以表现出神经损伤的波型。 ⑵ 肌张力改变: 正常情况下, 肢体的肌张力适中, 两侧基本对称。如果患者发生肌张力的明显增高、减低或不对称, 均提示有神经或肌肉的病变, 需要做肌电图加以鉴别。 例如, 肌张力增高可见于上运动神经元损害(如脑血栓后遗症）或锥体外系疾病（帕金森病等)；亦可见于先天性肌强直或强直性肌营养不良症的患者。一般前者不会造成肌电图异常变化, 而后者主要为肌源性损害的改变; 肌张力降低 ，既可见于肌肉、周围神经的病变，也可见于小脑病变, 肌电图检查能够帮助鉴别。 ⑶ 腱反射改变: 主要在腱反射减低的情况下需要做肌电图。因为腱反射降低既可发生在脊髓前角、周围神经病变，也可以发生在肌肉病变时, 利用肌电图容易将其病因区别开来。 ⑷ 肌肉疼痛: 有时为了鉴别疼痛是由于肌肉组织本身炎症改变造成的, 还是受其它因素的影响造成的, 往往需要肌电图检查。

眼震电图（electronystamogram,ENG) 眼球运动时记录到的眼动波形也是生物电信号，分为水平眼动波形和垂直眼动波形。 眼震是一种半节律性变化的眼球摆动，由慢相和快相两个时相组成。由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位，眼球的摆动会引起这个电位的变化，并且该变化与眼球摆动的角度近似呈线性关系，记录该电位的变化就是眼震电图ENG，可测量其慢相速度、快相速度、眼震频率等各种参数，在临床上常用于诊断眩晕病。这也是航海航空人员的体检方法之一。 眼球运动时记录到的眼动波形也是生物电信号，分为水平眼动波形和垂直眼动波形。当前庭器官受到某种刺激（如角加速度刺激，冷热水温度刺激）时，就会产生诱发眼震。眼震是一种半节律性变化的眼球摆动，由慢相和快相两个时相组成。由于眼球的角膜和视网膜之间存在着不同的生物电位，眼球的摆动会引起这个电位的变化，并且该变化与眼球摆动的角度近似呈线性关系，记录该电位的变化就是眼震电图ENG，可测量其慢相速度、快相速度、眼震频率等各种参数，在临床上常用于诊断眩晕病。这也是航海航空人员的体检方法之一。

胃电图（EGG） EGG记录仪 EGG电极放置位置

心电图中涉及的学科交叉 解剖生理学 Ag/AgCl 电极 前置放大电路、滤波电路、光电隔离 纪录走纸部分电机传动电路 心电波形识别计算机编程