心向量图与电的关系

张新民

南京明基医院

心向量图与心电图是从不同方面解读心脏的电活动，然而，两者都是心脏除极与复极过

程中电位变化的反映，有着相同的产生原理。要弄懂心电图波形的产生机制，需要掌握一定的心向量知识。

心向量图与心电图的关系，一般解释为心电图是空间心向量环两次投影的结果。那么， 什么是心向量环，心向量环是怎么形成的？要知道向量环的形成，就要先知道什么是“瞬间综合心电向量”；要知道瞬间综合心电向量，就要知道什么是“电偶”与“向量”；要知道电偶和向量，我们就先来复习一下“静息电位”与“动作电位”。

一、心向量环的由来

1、静息电位

心肌细胞在未受刺激情况下，存在于细胞膜内外两侧的电位差称为静息 电位（图 1-1、2），此刻细胞膜内外电位处于内负外正状态，称为极化状态。心肌细胞的静息电位约为-90mV。

2、动作电位  

当细胞受到一定强度的刺激时，细胞内电位则会升高。当达到某一高度（阈值或阈电位）时，细胞内电位就会急剧升高并超过细胞外，膜内外电位由内负外正转变为内正外负（图 1-3），此过程称为除极化。随后细胞内电位很快下降，再恢复到极化状态。此过程称为复极化。

当心肌细胞受到刺激时，细胞内电位产生的一短暂的、具有特征性的电位波动，称为动作电位（图1-4）。根据动作电位曲线的变化，将动作电位分为五个相：0相、1相、2相、3相、4相。

动作电位的产生即是心肌细胞兴奋的标志。

3、电偶及向量的概念 

（1）电偶指由两个电量相等，距离很近的正负电荷所组成的一个总体。其正电荷称为“电 源”，负电荷称为“电穴”。

（2）向量物理学上将用来表明既有数量大小，又有方向性的量称作向量。向量通常用一带 箭头的线段来表示，箭头代表向量的方向，线段的长度代表向量的大小。

心电向量（也称心向量）产生于心脏除极与 复极过程之中。当细胞膜处于极化状态时和全部处于去极化状态时，膜表面各处电位相等，没有电偶也无向量；当细胞受刺激而兴奋时，膜表面已除极部分与邻近未除级部分的交界处，就形成了电位差，一端电位高相对为正，一端电位低相对为负（见图1-5）。交界面上形成的一对对正负电荷，有如一对对电偶。即产生了既有大小（取决于电偶数量的多少）又有方向（由电穴指向电源）的心电向量。心电向量的方向由电穴指向电源，与激动扩布方向一致。

4、空间向量环 

无论是心房还是心室，其除极时间都很短，一般只有0.06～0.10s。但如 果用瞬间去划分，则可以分为无数个瞬间。在心房或心室除极的同一瞬间里，由于参加除极的心肌细胞可位于心脏的不同部位，数量也不一样，故产生的心电向量的方向和大小各不一致。其相互影响的结果是：方向相同的，向量得到增强；方向相反的，向量相抵减；方向成夹角的，其平行四边形的对角线，即是两者的综合向量或称为平均向量（图1-6）。那么，这一瞬间所有的心电向量相互作用，其总的结果即是这一瞬间的瞬间综合心电向量（图1-7）。

图 1-6多个向量的综合

以心室除极为例，正常人心室除极 总时间多在 0.08s左右。在心室除极的不同瞬间里，由 于参加除极的心室部位和心肌细胞数量在不断改变，因而产生的各瞬间综合心电向量的大小和方向也随之变化。把心室除极每一瞬间产生的瞬间综合心电向量的尖端依次连接起来（图1-7），或把它们变化的轨迹记录出来，则是一条连续的曲线，一个占有三维空间的环——空间向量环（QRS向量环）（图1-8）。

A：将心室除极分为九等份，每隔 10ms心室除极产生的瞬间综合向量的方 向及大小

B：进一步细分，每隔 5ms 心室除极产生的瞬间综合向量的方向及大小

C：将心室除极产生的每一瞬间综合向量的尖端按时间先后依次连接起来， 即形成 QRS向量环同理，心房除极可产生P向量环，心室复极可得到T向量环（图1-9）。

二、心电图导联与导联轴

1、心电图导联  

目前临床上应用的常规12导联系统，由3个双极肢体导联、3个加压单极

肢体导联及6个胸导联组成。

2、导联轴

某一导联正负极间的连线称为导联轴。导联轴具有方向，由该导联的负极指向 正极。

由于肢体导联的电极都连接于人体四肢，因此6个肢体导联导联轴都平行于人体额面。其组 合在一起被称为六轴系统，其构成的平面因平行于人体额面，故被称为额面六轴系统（图1-10）。在这个平面上，可以观察是心电活动在人体额面上（上下、左右）的变化情况。

胸导联6个导联的正极都接于心脏的前侧方，负极接于“中心电端”。因此6个胸导联导联轴几乎平行于人体横面，由胸导联6根导联轴组成的平面亦近似于人体的横面（图1-11）。在此平面上，可以观察心电活动在心脏横面上（前后、左右）的变化情况。

三、心向量图与心电图的关系 

心电图与心向量环都是心脏除极与复极过程中电位变化的反映，两者之间有着必然的联系。 

1、心向量图 

空间向量环是一个占有三维空间的环形结构。如果将空间向量环向某一平面做垂直投影，就可得到这个平面的平面向量环。以心室除极所产生的QRS空间向量环为例，将其向人体额面、横面及侧面做垂直投影，就可得到这三个面的平面向量环，即：额面QRS环、横面QRS环和侧面QRS环（图1-8）。心向量图机所描记的心向量图就是空间向量环在这三个平面的投影记录。

2、平面心向量环与心电图的关系

仍以心室除极为例。如上所述，QRS向量环是将心室除极每一瞬间所产生的瞬间综合心电向 量的尖端依次连接的结果。反过来说，向量环是由许多点组成，向量环上的每一点和原点的连线，即是每一瞬间瞬间综合向量的大小和方向。

将额面 QRS向量环上的某一点（即这 一时刻瞬间综合向量）向六轴系统中某一导联轴垂直投影（图1-12），若投影的结果（即投影向量）指向这个导联的正极，则得到一个正电位（在基线的上方），投影向量越大，电位数值就越大；若投影向量背向这个导联正极或者说指向该导联的负极，则得到一个负电位（在基线的下方），投影向量越大，电位数值就越小。

图 1-12瞬间综合向量向导联轴投影

R：为 OA投影在Ⅰ导联轴上的电位

那么，如果将构成 QRS向量环的每一点（即每个瞬间综合向量），依次向这一导联轴垂直投 影，则可得到一个连续的曲线，此连续的曲线就是这个导联的QRS心电波形（图1-13）。将额面QRS 向量环上的每一点分别向六个肢体导联的每根导联轴依次垂直投影，就可得到六个肢体导联的QRS波形。 

                       图 1-13 额面向量环向Ⅰ、aVF导联轴投影示意图

向Ⅰ导联导联轴投影：向量环 O～B各点向Ⅰ导联轴垂直投影所得到的各投影向量都背向Ⅰ导联正极， 因此投影结果为一负向波。其中O～A构成负向波的下降支，A～B构成负向波的上升支。向量环B～O各点向Ⅰ导联轴投影所得到的各投影向量都面向Ⅰ导联正极，因此投影结果为一正向波。其中B～D构成正向波的上升支，D～O构成正向波的下降支。

Oa 为 OA 的投影向量，Od 为 OD的投影向量。

向 aVF 导联导联轴投影：向量环 O～E 各点向 aVF 导联轴垂直投影所得到的各投影向量都面向aVF 导联正极，因此投影结果为一正向波。其中 O～C 构成正向波的上升支，C～E构成正向波的下降支。向量环E～O各点向aVF导联轴投影所得到的各投影向量都背向aVF导联正极，因此投影结果为一负向波。其中 E～F 构成负向波的下降支，F～O构成负向波的上升支。

Oc 为 OC 的投影向量，Of 为 OF的投影向量。

同理，如将横面 QRS向量环上的每一点分别向六个胸导联每根导联轴依次垂直投影，就可得 到六个胸导联的QRS波形（图1-14）。 

所以说，心电图是空间心电向量环经过两次投影所得到的图形：将空间向量环向人体额面、 横面及侧面分别投影可得到三个平面向量环。将额面向量环向六个肢体导联导联轴依次投影，则可得到六个肢体导联的心电图；将横面向量环向六个胸导联导联轴依次投影，则可得到六个胸导联的心电图。不难理解，心电图的QRS波与QRS向量环是这种关系，P波与P向量环、T波与T向量环也同样是这种关系。