物理診斷學/心電產生的原理
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心肌細胞在靜息狀態下，細胞膜外帶正電荷，膜內帶同等數量的負電荷，這種電荷穩定的分布狀態稱為極化狀態（圖14-1-2）。通過實驗，測得極化狀態的單一心肌細胞內電位為-90mV，膜外為零。這種靜息狀態下細胞內外的電位差稱為靜息電位（restingpotential）這種穩恆狀態就稱極化狀態。
圖14-1－2 極化狀態圖
極化狀態時靜息電位的恆定，有賴於細胞的代謝活動，細胞內外鉀離子及鈉離子濃度的比值以及細胞膜對鉀、鈉、鈣、蛋白質、氯離子等具有不同的通透性。在靜息狀態下，細胞內鉀離子濃度約為細胞外鉀離子濃度的30倍，相反細胞外鈉離子濃度約為細胞內鈉離子濃度的15倍。至於陰離子，細胞內液以蛋白陰離子的濃度為高，而在細胞外液則以氯離子濃度為高。由於細胞膜對鉀離子的通透性遠超超過對鈉離子和通透性，細胞內鉀離子濃度又高於細胞外數十倍，鉀離子便會不斷地從細胞內向細胞外滲出。當鉀離子外滲時，氯離子亦隨之外滲，但因細胞膜本身帶有負電荷，氯離子滲出受阻，就使較多的鉀離子滲出到膜外，而未能滲出的游離型陰離子（主要是蛋白陰離子，其次是氯離子）留在膜內，使膜內電位顯著低於膜外。膜內負電位的大小和靜息時鉀離子外滲的多少有密切關係，鉀離子外滲越多，留在膜內的陰離子也越多，因而膜內負電位也越大，同時由於膜內帶負電荷的陰離子越來越多，吸引著膜內鉀離子（靜電力作用），使膜內鉀離子逐漸不能再向外轉移，因而使膜內電位維持在-90mV的水平上，形成了靜息電位。
（二）心肌細胞的除極、復極過程和動作電位心肌細胞在興奮時所發生的電位變化稱為動作電位，即心肌細胞的除極和復極過程（圖14-1-3）。分為去極化的0相和復極化的1、2和3相。4相為靜息期。
1.0相（去極化期）：心肌細胞受刺激時鈉通道開放，細胞膜對Na+的通透性急驟升高，使細胞外液中的大量Na+滲入細胞內，膜內電位從靜息狀態的-90mV迅速上升到+30mV，形成動作電位的上升支即0相，0相非常短暫，僅點-2ms。這種極化狀態的消除稱為除極（depolarization）。相當於心電圖QRS波群的前半。
2.1 相（早期快速復極相）：心肌細胞經過除極後，又逐漸恢復負電位稱為復極，動作電位到達頂峰後，立即開始復極，在復極開始到達零電位形成1相。因為此時Na+的內流已銳減，細胞膜對K+和Cl-的通透性增大，引起K+的外流和Cl-的內流，其中K+外流是主要的，使膜內電痊快速自+20mV下降至0線形成1相。約佔10ms。相當心電圖QRS波群的後半部。
3.2相（平台期）：為緩慢復極化階段。表現為膜內電位下降速度大減，停滯於接近零電位的等電位狀態，形成平台。此期持續時間較長，約佔100～150ms，在膜電位低於-55～-40mV時，膜上的鈣通道激活，使細胞外Ca++緩慢內流，同時又有少量K+外流，致使膜內電位保持在零電位附近不變。相當於心電圖的S-T段。
4.3 相（快速復極末相）：此期復極過程加速，膜內電位較快下降至原來的膜電位水平，主要由於膜對K+的通透性大大增高，細胞外K+濃度較低促使K+快速外流。相當心電圖的T流。
5.4 相（靜息相）：通過細胞膜上的鈉-鉀泵活動加強，使細胞內外的離子濃度差得到恢復至靜息狀態水平。相當於心電圖T波的等電位線。
4 相的開始相當於復極過程完畢，心室舒張期由此開始。
圖14-1-3心肌細胞除極復極時電位變化與離子活動心電圖關係示意圖
A.心肌細胞除極與復極過程中的電位曲線；a.零電位線b.靜息電位c.動作電位開始
B.相應的心電圖
0位相：相當於心電圖的R波；1位相：相當於心電圖的J點
2位相：相當於心電圖的S T段；3位相：相當於心電圖的T波
4位相：相當於心電圖T波後的靜息電位
C.心肌細胞膜內外在不同位相時的離子變化
（三）容積導電與電偶學說
心肌細胞除極與復極過程在臨床心電圖上通常用電偶學說來說明。由兩個電量相等，距離很近的正負電荷所組成的一個總體，稱為電偶。正電荷稱做電偶的電源，負電荷稱為電偶的電穴，其連線稱為電偶軸，電偶軸的方向是由電穴指向電源，兩極間連線的中點稱為電偶中心。當一個心肌細胞的甲端受刺激而首先除極，由於Na+的內流使此處膜內變為正電位，膜外變為負電位（圖14-1-4B），乙端仍保持膜外為正電位、膜內負電位的極化狀態，使同一個細胞膜外的甲乙兩端出現了電位的差別。甲端為負電荷（電穴），乙端為正電荷（電源），二者形成電偶，產生電流。電流的方向由電源流向電穴。若在乙端（面對電源）置一探查電極，即可描記出向上的波，反之，在甲端則描記出向下的波。隨著除極波的擴展，整個心肌細胞全部除極，細胞膜內外分別均勻地聚集正、負電荷，細胞膜外的電位差消失，無電流存在，則記錄為一平線（圖14-1-4 C）。心肌細胞復極時，先除極的甲端首先復極，恢復到極化水平，其膜外聚集正電荷，未復極的乙端膜外仍聚集負電荷，復極端為電極，恢復到極化水平，其膜外聚集正電荷，未復極的乙端膜外仍聚集負電荷，復極端為電源，未復極端為電穴，二者再次形成電偶，產生電流，電流方向仍為電源流向電穴，與除極時方向相反，甲端電極描記為正波，乙端描記為負波（圖14-1-4 C）。整個心肌細胞恢復極化狀態後，電偶消失，無電流產生，再次描記為一平線（圖14-1-4 E）。
心肌細胞在除極與復極的過程中，形成電偶，產生電流，在每一瞬間都將傳播到整個體液內（圖14-1-5）。這種現象和一束肌纖維放在巨盆鹽水內，不斷產生電偶作用於周圍的情況完全相似，這種導電的方式稱為容積導電。人體亦可看作是容積導體，心臟處於這一導體之中。
圖14-1-4心肌細胞除極與復極時電偶的形成
圖14-1-5電位在容積導電體內的正負電場示意圖
在容積導體中各處都有強弱不同的電流在流動著，因而導體中各點存在著不同的電位差（圖14-1-6），通過電偶中心可作一垂直平面，因面上各點與正負兩極距離相等，故在此平面上各點的電位均等於零，稱為電偶電場的零電位面，零電位面把電偶的電場分為正、負兩個半區。
圖14-1-6電位在容積導體中產生的電位分布示意圖
容積導體中任一點的電位與以下三個因素有關。
1.某點的電位和電偶的動勢成正比。電偶的電動勢越大，該點的電位越高。
2.某點的電位和該點與電偶中心距離的平方成反比。距離越遠，電位的絕對值越低。
3.某點的電位與該點位角θ的餘弦成正比。角度越大，電位越低，角度越小，電位越高。
上述三個因素可以用下列公式表示
V=E.cosθ/r2
V代表容積導體中任一點電位，E代表電偶電動勢，r代表該點到電偶中心的距離，cosθ是方位角θ的餘弦（圖14-1-7）。
圖14-1-7容積導體中某點電位與方位角的關係示意圖
a 當θ=0°時，cosθ=1，此時 a點電位為＋E.波形向上,電位最高; b θ= 30°時, cos 30°= 0.866, b點電位為 +0.866E。波形向上，電位稍低；cθ=60°時， cos60=0.500， c點電位為 +0.5E； dθ=90°時， cos90 =0， d點電位為零。同理，e、 f、 g 各點的電位分別為-0.5E、 -0.866E及 -E
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