第三节　电偶学说及容积导电的概念

在心电图学中，通常用电偶学说来说明心肌细胞除极和复极的情况。前已述及，电偶是由一对电源及电穴组成的。心肌细胞一端的细胞膜受到一定强度的刺激时，其极化电位减少，当达到阈电位时，该处的细胞膜发生除极化，膜外荷负电，而附近尚未除极的细胞膜外仍荷正电，于是两处之间产生电位差，出现了电偶。尚未除极的部位成为电源，已除极的部位成为电穴。尔后，电源部位由于接受电穴部位的动作电流，其极化电位逐渐减少，当达到阈电位时，即发生除极作用，膜外荷负电而成为电穴，附近尚未除极的细胞膜为电源，按上述程序除极逐渐扩展，乃至心肌全部除极完毕。整个心肌细胞除极后，细胞外面的正电荷全部去除，电偶亦随之消失。在心肌细胞的恢复或复极过程中，首先除极的一端先复极，此时已复极的部分细胞膜外荷正电，即处于正电位成为电源，尚未复极的部分细胞膜外荷负电，即处于负电位，成为电穴，又形成电偶。电流从电源流向电穴，复极以与除极相同的方向进行，乃至复极完毕。综前所述，心脏的除极和复极如一系列电偶向前移动，除极时电源在前，电穴在后，复极时电穴在前，电源在后。

如欲了解临床心电图的发生，仅有电偶的观念还是不够的。因为临床心电图检查，是于人体表面间接测定心肌的电激动情况，这就需要理解“容积导电”的概念。

在实验室里，把一个电池的正、负两极(一对电偶)放置在一大盒稀释盐水中，由于盐水是导体，必然有电流自正极流向负极，电流布满整个盐水中，这种导电方式称为容积导电，盛在容器中的导体称为容积导体。人体组织液中含有多种电解质，因此也是一个容积导体。心脏在人体内好像一个电池放在电解质溶液中，心脏相当于一个电偶，心电偶的两极相当于电池的正负极，心脏周围以外的全身组织相当于容积导体，这样，在体内必然有电流自心电偶的正极流向负极，形成一个心电场，心电场在人体表面分布的电位称为体表电位(图3－5)。将电极放置在体表就能记录出心肌活动的电位变化。

图3－5　心电场人体表面电位分布示意图

在容积导体内，有无数向上下、左右、前后各个方向传导的电位线，形成一个电场，即在容积导体中各处都有不同程度及不同方向的电流在流动着，因而导体中存在着不同的电位差(图3－6)。连接电偶的正负两极为AB线，称为轴心线，电流的方向是从A到B。通过轴心线AB的中心可作一个垂直平面CD，由于CD向上各点与正负两极的距离相等，放在此平面上各点的电位等于零，称为电偶电场的零电位面。零电位面把电偶的电场分为两个半区，A侧各点是正电位，B侧各点是负电位。在与电偶平行的直线上电位最大(正或负)，而在与电偶均成各种不同角度的斜线上，电位为中间值(正或负)，角度愈大，电位愈低。将导体中电位相同的各点连接起来可以画出无数条电位线。电池的阴阳极犹如一对电偶，阳极相当于电偶的电源，阴极相当于电偶的电穴。假如电偶的电流强度固定不变，那么，导体中各处电位的大小取决于该处与电偶的距离的相对位置。实验结果表明，各点电位的强度与它和电偶中心的距离(r)的平方成反比关系，与角度成反比关系。例如下式所示:x、y、z三点与电偶的中心都是等距离的(即r相等)，但x点位于AB线上，与轴心线构成的θ角是0°，y点与AB线的夹角是30°，z点与AB线的夹角是60°，各点的电位依次减弱。当θ角达到90°时，也即该点已降至CD平面，则电位降为零。可用一简单的公式来说明容积导体中各点的电位:

式中V代表电位，E代表电偶的强度，r代表该点与电偶中的距离，θ代表该点与电偶中心段与电偶轴线的夹角角度。

公式说明:导电容积某一点的电位，与它和电偶中心的距离的平方成反比，而与θ角的余弦成正比。

也有的学者用投影法来说明容积导体上各点的电位强弱，其原理和结果与计算法完全相同。

在人体中，如图3－6所示零电位面把心电场分成两半，即正电位区和负电位区，电位分布情况大致与图3－7相似。心脏激动时，心电偶的移动方向大致是从右上到右下。在激动过程中，心电偶的方向和大小都在不断的变化着，因而体表电位的分布也必然出现相应的改变。如果用导线将体表各部与心电图机连接起来，就能将体表电位变化按激动的时间顺序记录下来，所获得的曲线就是心电图。但人体的实际情况并不像实验中容积导体那么简单，主要因为:

图3－6　容积导体中等电位线及电流分布示意图

实线为电流线;虚线为电位线

图3－7　置于一无限大的容积导体内的一对电偶所产生的电场示意图

1．心脏激动时产生的电偶不仅有方向及强度上的变化，而且位置也不始终处于躯体的中心。同时心室肌除极时方向变化迅速，具有多方向性，不宜用单一的电偶移动来解释。

2．人体虽是一个导体，但各组织结构不同，导电性能也不均匀相等。

3．皮肤电阻高，对心电记录可产生一定的影响。

由于以上种种原因，自躯体表面测得的心脏激动所产生的电位与前述公式或投影法测量的数据均有一定差别。近30多年来为解决这个问题，以黄宛教授为代表的心电图工作者又创立了Frank导联系统。