血流及心電20110517資料

1、血流及心電20110517心會跳是因為竇房結有自律細胞,它會自發(fā)的發(fā)出神經(jīng)沖動,通過特殊的傳導途徑傳遞給心房和心室細胞,引起它們的收縮和舒張,引發(fā)射血.它是不受主觀意識控制的.除竇房結以外,還有一些細胞也有自律性,但沒有它強,所以心跳一般是由竇房結的節(jié)律決定,受它影響，常人75次/分 血液循環(huán)是指血液在心臟泵血的作用下在血管內(nèi)定向的周而復始的流動。體循環(huán)是機體進行組織換氣、物質(zhì)交換的過程肺循環(huán)是機體進行肺換氣的過程體循環(huán)是血液由左心室射入主動脈進入及其分支流經(jīng)毛細血管時血液與組織之間的物質(zhì)交換，然后進入靜脈血管及其屬支最后經(jīng)上下腔靜脈和冠狀竇口匯合到右心房。 體循環(huán)體循環(huán) ：左心室主動脈各級動

2、脈全身毛細血管各級靜脈上下腔靜脈右心房 肺循環(huán)肺循環(huán)： （左心房肺靜脈肺部各個毛細血管肺動脈右心室 pvllPKQ =svrrPKQ =血流正比于流入端的壓力左右心臟左右心臟ppvpapRP-PQ/ )(=肺部和全身組織肺部和全身組織ssvsasRP-PQ/ )(=papapaPCV=pvpvpvPCV=sasasaPCV=svsvsvPCV=肺和全身動脈和靜脈血量肺和全身動脈和靜脈血量容抗脈管容抗脈管體積正比于全身壓力體積正比于全身壓力穩(wěn)態(tài)下，流入和流出的血量相等QQQQQsprl=0VVVVVsvsapvpa=+第2節(jié) 血流力學 流體力學的基本原理 生理流動必須服從物理學的基本定律，即質(zhì)量

3、、動量和能量三大守恒定律，這也是流體力學的基石。 流體的本構關系和具體的邊界條件 Storkes假說壁面無滑流條件 Poiseuille流動 流體力學的基本方程 層流和湍流第3節(jié) 動脈中的血流Storkes假說壁面無滑流條件 粘性流體流動時，貼壁的流體必然附著于壁面，因而具有和壁面相同的速度，此即壁面無滑流條件。r = d/2, u = 0Poiseulle流動 牛頓流體在剛性直圓管內(nèi)的運動-drrLrdrdrdrp-p222)(1=Lp-pdrdudrd21=邊界條件：0u2drdrdu0r=,0,無滑流軸對稱，22P-PPLPduU)d2r( -Uu1200,16)0(1=PLdQ84法國

4、醫(yī)生Poiseuille(1840年)通過實驗得到了直圓柱管定常流的壓差流量關系。這一關系稱為Poiseuille流動（實際上是牛頓流體在剛性直圓柱管內(nèi)的充分發(fā)展了的軸對稱定常層流運動）可對泊肅葉定律泊肅葉定律作進一步討論： (1)流阻R與管子半徑r的四次方成反比。這說明，管子的半徑對流阻的影響非常大。例如，在管子長度、壓強差等相同的情況下，要使半徑為r/2的管子與半徑為r的管子有相同的流量，并聯(lián)細管的根數(shù)需要24，即16根。 (2)流阻R與管子的長度L成正比。管子越長，流阻越大。 (3)流阻R與液體的粘滯系數(shù)成正比。液體的粘滯系數(shù)越大，流阻就越大。 由此可見，流量Q是由液體的粘滯系數(shù)、管子的

5、幾何形狀和管子兩端壓強差P等因素共同決定的。 層流與湍流層流與湍流粘性力慣性力=ReUdUd2. 雷諾數(shù)雷諾數(shù)1. 經(jīng)典實驗經(jīng)典實驗雷諾實驗雷諾實驗(1883)(1883)哈根實驗哈根實驗(1839)(1839)林格倫實驗林格倫實驗(1957)(1957)U流速，流速，d 特征長度，特征長度，、 流體密度、粘流體密度、粘度度圓管臨界雷諾數(shù)圓管臨界雷諾數(shù)2300，當，當Re2300時將發(fā)生湍流。時將發(fā)生湍流。 流場顯示流場顯示 阻力測量阻力測量 熱線測速熱線測速 湍流內(nèi)部的交換過程（物質(zhì)輸運、動量交換等）要比層流劇烈得多；除了分子運動引起的粘性應力外，還有湍流脈動引起的Reynolds應力。因此

6、，在同樣的流量下，湍流的阻力遠大于層流。 在正常生理范圍內(nèi)，生理流動大部分為層流。只有在心臟射血時，在主動脈瓣口的雷諾數(shù)峰值達500012000（平均雷諾數(shù)36005800）。然而，只有在射血峰期可以觀測到湍流斑，沒有觀測到持續(xù)的測量。 但是在病理條件下，在呼吸道和主動脈里都可以觀測到湍流。人工心瓣后的流動就是湍流人工心瓣后的流動就是湍流。流體力學的基本方程 連續(xù)性方程在 t 時間內(nèi)沿x方向凈流出控制體（流出質(zhì)量減去流入質(zhì)量）的質(zhì)量為 按質(zhì)量守恒定律，在時間t內(nèi)沿三個方向凈流出控制體的總質(zhì)量應等于控制體內(nèi)減少的質(zhì)量 利用質(zhì)點導數(shù)概念，可改寫為連續(xù)性方程 動量方程 單位體積流體元上的體積力及三個

7、方向的表面應力梯度造成了單位體積流體元的加速度 納維-斯托克斯（N-S）方程 矢量式為 物理意義是：慣性力與體積力、壓力、粘性力平衡物理意義是：慣性力與體積力、壓力、粘性力平衡 首先，必須對流體作幾個假設。第一個是流體是連續(xù)的。這強調(diào)它不包含形成內(nèi)部的空隙，例如，溶解的氣體的氣泡，而且它不包含霧狀粒子的聚合。另一個必要的假設是所有涉及到的場，全部是可微的，例如壓強，速度，密度，溫度，等等。該方程從質(zhì)量，動量，和能量的守恒的基本原理導出。第第4節(jié)節(jié) 心臟的心電過程心臟的心電過程 心肌細胞： 構成心房和心室壁的普通心肌細胞工作細胞(執(zhí)行收縮功能) 特殊分化的心肌細胞，組成心臟的特殊傳導系統(tǒng)自律細胞

8、 特殊傳導系統(tǒng)包括： 竇房結 房室交界 房室束 末梢浦肯野纖維網(wǎng)右心：右心：泵血入肺循環(huán)；泵血入肺循環(huán)；左心：左心： 泵血入體循環(huán)。泵血入體循環(huán)。心肌的生理特性心肌的生理特性 心肌具有自動節(jié)律性、傳導性、興心肌具有自動節(jié)律性、傳導性、興奮性和收縮性。前三種特性都是以肌奮性和收縮性。前三種特性都是以肌膜的生物電活動為基礎，故又稱為電膜的生物電活動為基礎，故又稱為電生理特性。心肌的收縮性是指心肌能生理特性。心肌的收縮性是指心肌能夠在肌膜動作電位觸發(fā)下產(chǎn)生收縮反夠在肌膜動作電位觸發(fā)下產(chǎn)生收縮反應的特性，是心肌的一種機械特性。應的特性，是心肌的一種機械特性。(一一)自動節(jié)律性自動節(jié)律性: 自動節(jié)律性是

9、指心自動節(jié)律性是指心肌在不受外來刺激的情況下，能自動肌在不受外來刺激的情況下，能自動地產(chǎn)生興奮和收縮的特性。地產(chǎn)生興奮和收縮的特性。竇性心律竇性心律，竇性心動徐緩，竇性心動徐緩，竇竇性心動過速。性心動過速。(二二)傳導性傳導性: 心肌細胞有傳導興奮的心肌細胞有傳導興奮的能力稱為傳導性，心臟的傳導系統(tǒng)和能力稱為傳導性，心臟的傳導系統(tǒng)和心肌纖維均有傳導性，但因房室間心心肌纖維均有傳導性，但因房室間心肌細胞不相連，所以房室之間興奮的肌細胞不相連，所以房室之間興奮的傳導要靠心臟特殊傳導系統(tǒng)傳遞。心傳導要靠心臟特殊傳導系統(tǒng)傳遞。心臟的特殊傳導系統(tǒng)包括竇房結、結間臟的特殊傳導系統(tǒng)包括竇房結、結間束、房室結

10、、房室柬束、房室結、房室柬(房結區(qū)、結區(qū)、房結區(qū)、結區(qū)、結束區(qū)結束區(qū))和與普通心肌細胞相連的浦肯和與普通心肌細胞相連的浦肯野氏纖維。野氏纖維。傳導過程傳導過程 竇竇 房房 結結 結間束結間束 房間束房間束（優(yōu)勢傳導通路）（優(yōu)勢傳導通路） 房室交界房室交界 心房肌心房肌 房室束房室束 左左、右束支右束支 浦肯野纖維浦肯野纖維 心室肌心室肌(三三)興奮性興奮性: 心肌細胞具有對刺激產(chǎn)生反心肌細胞具有對刺激產(chǎn)生反應的能力，即具有興奮性。與神經(jīng)或骨應的能力，即具有興奮性。與神經(jīng)或骨骼肌一樣，心肌細胞每產(chǎn)生一次擴布性骼肌一樣，心肌細胞每產(chǎn)生一次擴布性興奮之后，興奮性總要經(jīng)歷有效不應期興奮之后，興奮性總要

11、經(jīng)歷有效不應期、相對不應期和超常期，然后才恢復到、相對不應期和超常期，然后才恢復到正常這樣一段周期性變化。正常這樣一段周期性變化。期前收縮：期前收縮：心心臟受到竇性節(jié)律之外的刺激，產(chǎn)生的收縮在臟受到竇性節(jié)律之外的刺激，產(chǎn)生的收縮在竇性節(jié)律收縮之前竇性節(jié)律收縮之前, ,稱為期前收縮。稱為期前收縮。 代償間代償間歇：歇：一次期前收縮之后所出現(xiàn)的一段較長的一次期前收縮之后所出現(xiàn)的一段較長的舒張期稱為代償性間歇。因竇性節(jié)律的興奮舒張期稱為代償性間歇。因竇性節(jié)律的興奮是規(guī)律下傳的，當竇性興奮落在期前收縮的是規(guī)律下傳的，當竇性興奮落在期前收縮的有效不應期內(nèi)有效不應期內(nèi), ,就不能引起心室的興奮和收縮就不能

12、引起心室的興奮和收縮, ,而出現(xiàn)一次竇律而出現(xiàn)一次竇律“脫失脫失”，需等待下次竇，需等待下次竇律刺激引起興奮才產(chǎn)生收縮，此等待期間為律刺激引起興奮才產(chǎn)生收縮，此等待期間為代償性間歇。代償性間歇。 心肌細胞的跨膜電位 心肌細胞的跨膜電位產(chǎn)生的機制與神經(jīng)和骨骼肌細胞相似，都是由跨膜離子流形成的 心室肌細胞安靜時，細胞膜處于外正內(nèi)負的極化狀態(tài)。靜息電位約-90毫伏。心室肌細胞靜息電位產(chǎn)生的原理基本上和神經(jīng)纖維相同，主要是由于安靜時細胞內(nèi)高濃度的K+向膜外擴散而造成。 心肌細胞的跨膜電位的產(chǎn)生涉及多種離子通道，其波形和機制比神經(jīng)細胞和骨骼肌要復雜的多心肌興奮后的有效不應期特別長，一直延長到心肌機械收縮

13、的舒張開始以后。也就是說，心肌興奮后的有效不應期特別長，一直延長到心肌機械收縮的舒張開始以后。也就是說，在整個心臟收縮期內(nèi)，任何強度的刺激都不能使心肌產(chǎn)生擴布性興奮。心肌的這一特性在整個心臟收縮期內(nèi)，任何強度的刺激都不能使心肌產(chǎn)生擴布性興奮。心肌的這一特性具有重要意義，它使心肌在自律性興奮來臨時，不能產(chǎn)生象骨骼肌那樣的強直收縮，從具有重要意義，它使心肌在自律性興奮來臨時，不能產(chǎn)生象骨骼肌那樣的強直收縮，從而始終保持著收縮與舒張交替的節(jié)律性活動，這樣心臟的充盈和射血才可能進行。而始終保持著收縮與舒張交替的節(jié)律性活動，這樣心臟的充盈和射血才可能進行。其動作電位與神經(jīng)纖維相比較有很大差別，表現(xiàn)為復極

14、化過程有明顯特征。通常將全過程分為0、1、2、3、4期。（1）去極化過程（0期）：去極化過程形成動作電位的上升支（0期），其形成機制亦與神經(jīng)纖維相同。此期電位變化幅度約120mV，持續(xù)時間12ms.（2）復極化過程：該過程形成動作電位下降支，分為四期。1期（快速復極初期）：心室肌細胞去極達頂峰后立即開始復極，膜內(nèi)電位迅速下降到0mV左右，形成1期，占時約10ms.K+外流是1期快速復極的主要原因。2期（緩慢復極期）：此期復極非常緩慢，膜內(nèi)電位下降速度極慢，停滯在0mV左右，形成平臺狀，故2期又稱平臺期，歷時約100150ms.該期是心室肌細胞動作電位區(qū)別于神經(jīng)纖維和骨骼肌的主要特征，也是動作電

15、位持續(xù)時間較長，有效不應期特別長的原因。形成的機制是本期內(nèi)有Ca2+內(nèi)流和K+外流同時存在，緩慢持久的Ca2+內(nèi)流抵消了K+外流，致使膜電位保持在0mV附近。3期（快速復極末期）：此期膜內(nèi)電位迅速下降到靜息電位水平（-90mV），形成3期，以完成復極化過程，歷時約100150ms.K+快速外流是3期快速復極的原因。4期（靜息期）：此期膜電位雖已恢復到靜息電位水平，但在動作電位形成過程中，膜內(nèi)Na+、Ca2+增多，膜外K+增多，致使膜內(nèi)外的這幾種離子濃度有所改變。本期內(nèi)，細胞膜離子泵積極地進行著逆濃度梯度轉運，把Na+和Ca2+排到細胞外，同時將K+攝回細胞內(nèi)，以恢復細胞內(nèi)外離子的正常濃度，保持

16、心肌細胞的正常興奮能力。定義定義：測量電極放置在心臟或人體表面的一定部位，用心電圖機記錄出來的心臟電位變化的連續(xù)曲線，即為心電圖心電圖反應心肌的興奮性、自律性和傳導性，而與心臟的機械收縮活動無直接關系。 心電圖描記方法在體表任何兩處安放電極板，用導線接到心電圖機的正負兩極，即形成導聯(lián)，可借以記錄人體兩處的心電電位差。常規(guī)用12個導聯(lián)。 標準導聯(lián)又稱雙極導聯(lián),由W.愛因托芬于19051906年首創(chuàng)，在三個肢體上安置電極，并假設這三點在同一平面上形成一個等邊三角形，而心臟產(chǎn)生的綜合電力是一個位于此等邊三角形中心的電偶。 單極肢導是威爾遜于19301940年代所創(chuàng)，即把三個肢體互相連通構成中心電端，

17、在肢體通向中心電端間加一個5000的電阻，中心電端電位接近于零，因此被看作無干電極，探查電極分別置各肢體形成單極肢導。但由于所描記波幅太小，故戈德伯格又將其改良成加壓單極肢體導聯(lián),即描記某一肢體的單極導聯(lián)心電圖時，將該肢體與中心電端的連接截斷，這樣其電壓高出50。威爾遜所創(chuàng)單極心前導聯(lián)是將中心電端與電流計的陰極相連，探查電極置胸前各位置。 心電圖記錄為印有間距1mm的縱橫細線的小方格;其橫向距離代表時間，一般記錄紙速為每秒25mm，故每小格為0.04秒,縱向距離代表電壓。常規(guī)投照標準電壓1mV=10mm(圖10)特殊需要時紙速可調(diào)至每秒50、100或200mm。電壓1mV=20或5mm。 正常

18、時，每次心動周期在心電圖上都可以出現(xiàn)P波、QRS波群、T波和U波、P-R段、S-T段和T-P段，P-R間期和Q-T間期及J點 P波：反映左、右心房去極化過程中的電位和時間變化。P-R段：反映興奮通過房室交界區(qū)，因其傳導非常緩慢，形成的電位變化也很微弱，一般記錄不出來而成等電位線。QRS波群：反映左、右心室去極化過程中的電位和時間變化。S-T段：表示心室去極剛結束后尚處于緩慢復極的一段短暫時間，即代表心室早期復極的電位和時間變化。T波：反映心室晚期復極過程中的電位和時間改變。U波：一般認為是心肌傳導纖維的復極所造成，也有人認為是心室的后電位。心電圖與心肌細胞動作電位的關系心肌細胞生物電變化是心電

19、圖產(chǎn)生的根源。 心電圖與單個心肌細胞的動作電位波形上有很大的差別，因為單個細胞的電變化是采用細胞內(nèi)記錄法所記錄到細胞膜兩側的電位變化，而心電圖的紀錄方法則為細胞外記錄法，只能測出已興奮部位和未興奮部位膜外兩點的電位差。 心電圖反映的是整個心臟的生物電變化，心電圖上每一瞬間電位數(shù)值都是很多心肌細胞膜外電位變化在體表的綜合反映。 由于記錄電極在心電電場中的位置和距心臟的遠近不同，所記錄到的波形也不同。心電圖的臨床應用 （1）有決定性價值）有決定性價值 心律紊亂（包括傳導阻滯及復雜的心律失常）為心律紊亂（包括傳導阻滯及復雜的心律失常）為最精確的診斷方法，尤其對臨床上不能確定的心律最精確的診斷方法，尤

20、其對臨床上不能確定的心律失常更具有實際意義。失常更具有實際意義。 確診心肌梗塞，除確診有無心肌梗塞外，更可用確診心肌梗塞，除確診有無心肌梗塞外，更可用于了解病變的部位、范圍及其演變的過程。于了解病變的部位、范圍及其演變的過程。 進行心臟手術與心導管檢查時，應用心電圖作為進行心臟手術與心導管檢查時，應用心電圖作為示警器，以及時了解心律失常與心肌受累的情況，示警器，以及時了解心律失常與心肌受累的情況，藉以指導手術的進行并可提示必要的藥物處理。藉以指導手術的進行并可提示必要的藥物處理。（2）有很大的幫助）有很大的幫助 于心肌病變（心肌炎、心肌病）、慢性冠狀動于心肌病變（心肌炎、心肌?。⒙怨跔顒用}

21、機能不全等情況，可以了解心肌損害情況。脈機能不全等情況，可以了解心肌損害情況。 提示心房、心室有無肥大，從而協(xié)助各種心臟提示心房、心室有無肥大，從而協(xié)助各種心臟病的臨床診斷。病的臨床診斷。 觀察心臟病藥物（如洋地黃，奎尼?。┗?qū)π挠^察心臟病藥物（如洋地黃，奎尼?。┗?qū)π募∮袚p害的藥物（如酒石酸銻鉀、吐根堿）在用肌有損害的藥物（如酒石酸銻鉀、吐根堿）在用藥過程中對心臟的不良反應。藥過程中對心臟的不良反應。 血液中電解質(zhì)紊亂，如血鈣過低，血鈣過高，血液中電解質(zhì)紊亂，如血鈣過低，血鈣過高，血鉀過低，血鉀過高，尤以后二者有較大的幫助。血鉀過低，血鉀過高，尤以后二者有較大的幫助。 心包炎及心包積液的診斷

22、。心包炎及心包積液的診斷。 急性及慢性肺源性心臟病的診斷。急性及慢性肺源性心臟病的診斷。對心電圖檢查的評價 1.心電圖正常絕不能排除心臟病，如較輕微的瓣膜病或雙心室肥大時心電圖可以正常；亦不能由于心電圖有些不正常之處而肯定其患有心臟病，如預激綜合征，右束支傳導阻滯的改變可以見于正常人。 2.心電圖的正常范圍較大，多數(shù)值的判定標準，也不是絕對的，應避免將一些正常變異誤認為不正常，甚而做出心臟病之診斷，而造成不應有的醫(yī)源性錯誤，如T波的改變就很不穩(wěn)定。 3.心電圖的某些改變并不具有特異性，同樣的心電圖改變可見于多種心臟病，如右室肥厚，即可見于肺源性心臟病，先天性心臟病，也可見于風濕性心臟??；T波改

23、變可見于心肌缺血、心肌炎，也可見于藥物作用及電解質(zhì)紊亂 故對其判斷必須結合臨床資料才能作出較恰當?shù)慕Y論 4.心電圖對于心臟的收縮功能的估計與瓣膜損害情況的反映無幫助。因而不能作為心臟功能的判斷依據(jù)。第5節(jié) 體表心電理論基礎 人體的體液中含有電解質(zhì)，具有導電性能，因此人體也是一種容積導體，這樣在人體內(nèi)及體表均有電流自心電偶的正極流入負極，形成一個心電場。可通過心電偶中心的垂直于電偶軸的零電位面把心電場分為正、負電位區(qū)。心電場在人體表面分布的電位就是體表電位。心電圖機將此體表電位的電信號放大及按心臟激動的時間順序記錄下來，即為心電圖。 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

24、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。電位在容積導電體內(nèi)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，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于零，稱為電偶電場的零電位面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?yún)^(qū)。 心肌細胞在除極和復極的過程中形成的心電位既有數(shù)量大小，又有方向性，稱為心電向量心電向量 心電向量可用箭矢來表示，箭桿的長度表示向

25、量的大小，箭頭表示向量的方向（電源），箭尾表示電穴。因為心肌的除極是從心內(nèi)膜面開始指向心外膜面，所以向量的方向是電源在前（箭頭），電穴在后（箭尾）。復極時，因為先除極的部位先復極，所以電穴在前電源在后。而心肌復極從心外膜開始，指向心內(nèi)膜，因此復極向量與除極一致。 一片心肌是由多個心肌細胞所組成，除極與復極時會產(chǎn)生很多個電偶向量，把它們疊加在一起成為一個電偶向量，這就是綜合心電向量綜合心電向量 在心電活動周期中，各部心肌除極與復極有一定的順序，每一瞬間均有不同部位的心肌的心電活動，例如：心室除極時0.01s，0.02s0.08s的心電向量 在某一瞬間又有眾多的心肌細胞產(chǎn)生方向不盡相同的電偶向量，

26、把這些電偶向量按平行四邊形法依次加以綜合，這個最后綜合而成的向量稱為瞬間綜合心電向量瞬間綜合心電向量。 心臟是立體器官，它產(chǎn)生的瞬間向量在空間朝向四面八方，把一瞬間綜合心電向量的尖端構成一點，則在整個心電周期中隨著時間的推移，把移動的各點連接起來的環(huán)形軌跡就構成空間心電向量環(huán)即空間向量心電圖。 心臟電活動是診斷心臟疾病的重要指征，也是研究生物電活動的典型對象，二十年來對心電活動的建模與仿真研究一直是生物醫(yī)學領域中建模與仿真工作的經(jīng)典課題。 心電模型 電磁場模型與電生理模型 正問題模型與逆問題模型 源場模型與節(jié)律模型心電場理論電磁場模型心電場的基本方程為式中,r是軀干容積導體內(nèi)的任意場點;r是源點;M是該場點的電導率;H代表心臟區(qū)域;sl是軀干內(nèi)電導率不連續(xù)的封閉界面,例如肺表面、心腔血液表面、胸腔肌肉層表面、皮下脂肪層表面等,它們是分片均勻、各向同性的,且其內(nèi)外電導率分別為-l和+l以麥克斯韋方程為出發(fā)點，把心電場簡化為準靜態(tài)場，建立偏微分方程及適當?shù)倪吔鐥l件，用有限元方法或邊界元方法求解方程在三維空間的解。理論上講，自然界的一切電活動都服從電磁學的普遍規(guī)律，因此以電磁場理論為依據(jù)的心電建模與仿真較早受到