那么,心脏的电激动以一个个心肌细胞的电流动为基础。心肌细胞在静息状态下细胞膜外带正电荷,膜内带同等数量的负电荷。膜内外有各种离子,主要是带正电荷的钾离子、钠离子。以钾离子为例:细胞内的钾离子浓度较细胞外约高20倍~30倍。细胞膜对钾离子的通透性较高,于是一部分钾离子顺着浓度梯度外流至膜外,增加了膜外正电荷的数量。膜内的有机负离子(主要是蛋白质大分子)有随钾离子外流的倾向,但因分子大不能通过细胞膜而被阻滞于膜的表面。膜外正电荷的排斥作用和膜内负电荷的吸引作用,使钾离子的继续外流受阻而达到平衡时,在膜的两侧便形成极化状态,即心肌细胞在静息状态时保持着细胞膜内外的电位差。此时,将微电极插入细胞内,就可录到一个负电位,称之为跨膜静息电位,即膜电位。
细胞膜内外的电位当心肌细胞受到刺激(或自发地)产生兴奋时,迅速变化,细胞膜内的电位由-90mV迅速变为0mV,乃至+20mV~+30mV,电位差在瞬间消失,也就是说极化状态消失了,这被称为除极过程。此时,细胞膜外为负电位,膜内为正电位。随后,细胞内又逐渐恢复其负电位,这被称为复极过程。由除极到复极,膜内电位由负变tR恢复成静息电位。在静息状态下,细胞膜外任何两点间电位都相等,没有电位差。当某心肌细胞的一部分受到刺激开始除极时,除极部分的细胞膜外带上了负电荷,未除极部分的细胞膜外仍带正电荷,该细胞的除极部分称为电穴,未除极部分称为电源,合称电偶。电穴与电源间形成电位差,产生电流,电流不断地由电源流向电穴。随后,部分电源也开始除极而变成其他尚未除极部分的电穴。此过程不断扩展,直至整个细胞及心脏完全除极。除极过程可看成一组电偶沿着细胞膜不断向前移动,电源在前,电穴在后。尔后,心肌细胞开始复极。先复极部分的膜外获得阳离子,这使该处的电位高于未复极部分,形成一组电穴在前、电源在后的电偶,并产生电流。这组电偶不断前进,直到整个心肌细胞及心脏完全复极为止。
那么心脏每一次收缩和舒张,构成一个心动周期。与之相应的心电活动——除极和复极,形成一个心电周期。人体的体液中含有电解质,具有导电性能,这样在人体内及体表就会有电流自心电偶的正极流入负极,形成一个心电场。心电场在人体表面分布的电位就是体表电位。心电图机将此体表电位的电信号放大,并按心脏激动的时间顺序记录下来,得到心电图,将心电变化描记出来。
描记心电图时,要先将导电糊涂在体表的一些固定部位上,然后把电极板安放在这些部位上,用导线将电极连接到心电图机的正负两极,形成导联。1905年,艾因特霍芬首先采用标准导联描记心电图,即用3种方法在被检测者的肢体上安放电极,形成导联。20世纪40年代,美国学者威尔逊发明单极肢体导联,即分别将安放在右上肢、左上肢、左下肢的电极连接在心电图机的正电极上;把左上肢、左下肢、右上肢、左下肢,左上肢、右上肢的电极连接成中心电端,与心电图负电极相接。此3种导联方法记作aVR、aVL和aVF。后戈德伯格把这种导联改良成加压单极肢体导联,使描记出的心电图更为清晰。在单极肢体导联问世后不久,威尔逊又研制出了单极心前导联,即将左上肢、右上肢、左下肢的电极连接成中心电端,与心电图机负电极相连。然后,分别在胸骨右缘第四肋间,胸骨左缘第四肋间,左侧第五肋间锁骨中线处,上述第二处、第三处连线的中点,左侧腋前线与第三处同一水平的地方,左侧腋中线与第五处同一水平的地方放置电极,与心电图的正电极相接。用上述12种导联描记出的心电图称为12导联心电图。每一种心电图机,都是按顺序或同时对这12种导联的心电图进行记录,以便全面了解心脏状况。
心电图记录在印有1mm间距的纵横细线的小方格上。其横向距离代表时间,纵向距离代表电压。一般记录纸的移动速度为每秒25mm,横向一小格代表0.04秒;1mV=10mm,纵向一小格代表0.1mV。用不同的导联测出的心电图波形的振幅、宽度各异。为了分辨心电图是否异常,医学家确定了带有各项数据正常范围的正常心电图。正常心电图由一系列波组成,都可在该心电图上观测到。
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