楊曉偉 程何祥 陶凌 王海昌 苑媛

“心電活動”本質(zhì)是一種生物電現(xiàn)象。在心動周期中，每個瞬間心臟會產(chǎn)生的一個既有大小又有方向的電位差（電勢差），該電勢差在物理學中被稱為“向量”，而將每個心動周期中各瞬間產(chǎn)生的綜合心電向量運行軌跡連接起來，便構(gòu)成一個假設(shè)的立體空間心電向量環(huán)。心電圖（electrocardiogram，ECG）就是將心臟電活動過程中所產(chǎn)生的每個瞬間綜合體表電位差（或者說是心電向量環(huán)）記錄下來并加以解釋的科學。因此了解心電向量學也就有助于理解一些心電圖的形成機理。心電圖在對心律失常（預激綜合征、束支阻滯及分支阻滯等），心肌梗死（下壁﹑后壁﹑前間壁心肌梗死等）及心肌肥厚等疾患的診斷或病變定位中具有重要作用。因此，心電圖只是記錄了一種現(xiàn)象，而解釋和推導種種現(xiàn)象產(chǎn)生的原理應(yīng)是心電圖教學的重要內(nèi)容和目的[1-5]。

1 心電向量理論與心電圖的關(guān)系

心電向量是因，心電圖是果。心電圖就是空間三維心電向量環(huán)先后在二維平面和一維直線上的投影結(jié)果。有什么樣的空間三維心電向量環(huán)就對應(yīng)產(chǎn)生并記錄出什么樣的心電圖波形，反之，由心電圖波形也能推測出大致空間心電向量環(huán)走形。三種不同時間產(chǎn)生的獨立的空間向量環(huán)便對應(yīng)產(chǎn)生了三種不同的心電圖波形，即心房去極的P向量環(huán)、心室去極的QRS向量環(huán)及心室復極的T向量環(huán)對應(yīng)產(chǎn)生心電圖中的P波、QRS波群及T波。

同時，瞬間綜合心電向量是因，心電向量環(huán)又是果。按照時間先后順序產(chǎn)生的心臟瞬間綜合向量走過的軌跡的連線就構(gòu)成了每個空間心電向量環(huán)。

連續(xù)描述心電圖產(chǎn)生過程如下：電場中任何電位不同的兩點間便存在電位差（電勢差或電壓）。心電活動在心肌擴布期間，每一個瞬間除極或復極心肌細胞的分布都在發(fā)生改變，那么每一個瞬間都有無數(shù)個不同心電向量出現(xiàn)，根據(jù)電勢疊加原理，瞬間這些無數(shù)個心電向量的綜合效果可等效為一個“瞬間綜合心電向量”，它所作的空間環(huán)形運動的軌跡即構(gòu)成立體心電向量環(huán)。而根據(jù)容積導電的原理，該向量環(huán)可在二維額面、橫面進行一次投影，并進一步在對應(yīng)的一維肢體、胸壁導聯(lián)軸上進行二次投影，繼而可以從體表上間接地測出或者說反映出心肌的電位變化。用一定速度移行的記錄紙對這些投影加以連續(xù)描記，便得到了心電圖波形。在不同導聯(lián)上，投影所得電位的大小，即心電圖縱軸電壓值，取決于瞬間心電綜合向量本身的大小及其與導聯(lián)軸的夾角關(guān)系，即投影的方向和導聯(lián)軸方向一致時得正電位，在心電圖上表現(xiàn)為正向波，相反時為負電位，在心電圖上則表現(xiàn)為負向波，夾角約接近0°，波形振幅最高，夾角90°時，振幅接近等電位線[2]。

由此可見，心電向量理論是理解和解釋心電圖的核心思維。心電圖是心電向量環(huán)在各導聯(lián)上的二次投影，心電向量圖能合理解釋心電圖各波產(chǎn)生的原理，特別是房室肥大、心肌梗死、束支傳導阻滯、預激綜合征等心電圖特點。此外，各導聯(lián)的心電圖變化，皆與心電向量圖向量環(huán)的寬窄及投影大小密切相關(guān)，只有了解了心電向量圖的各種變化，才能更深刻地理解心電圖的各種變異，從而避免強記各種心電圖的圖形[3-7]。但是值得指出的是，心電向量理論還無法解釋心電圖中的房室關(guān)系、P-R間期、S-T段改變以及某些心律失常的診斷[6-13]。

2 心電向量理論與心電圖的臨床作用

心電圖診斷心律失常、心肌梗死等疾患中的地位不再贅述。但是，當需要具體應(yīng)用心電圖進行異常心律或心肌梗死定位時，則需要靈活運用心電向量理論知識。

快速心律失常射頻消融術(shù)前，利用體表心電圖對病灶部位預估是非常有必要的。例如：房性心動過速（房速）時：（1）通過V1導聯(lián)P波方向判斷左房還是右房來源，V1正向多提示左房來源，V1負向多提示右房來源。因為V1導聯(lián)提供的是從橫面心電向量環(huán)觀察左右心電活動的最佳視域，V1導聯(lián)在胸骨的右緣，也就是在心臟前方，對著室間隔，它代表向右向前的方向。那么，當左房除極時，心電總除極方向是自左后向右前的，也就是綜合向量方向是指向V1的，所以P波多為直立正向的；（2）通過II、III、avF導聯(lián)P波方向判斷病灶的位置高低，如果這些導聯(lián)P波為正向多提示位置偏中高位，如果這些導聯(lián)P波為負向多提示位置偏低位。因為II、III、avF導聯(lián)代表心臟下壁方向，高位病灶自上向下除極時，心電向量在額面和II、III、avF導聯(lián)是正對電極除極，記錄為正向P波；高位病灶自下向上除極時，心電向量在額面和II、III、avF導聯(lián)是背對電極除極，記錄為負向P波；（3）通過P波寬窄初步判斷是游離壁還是間隔側(cè)，P波寬于或約等于竇性多提示為游離壁，P波窄于竇性多提示為間隔側(cè)。因為游離壁除極時，心電向量只能從一側(cè)心房到另一側(cè)心房，故不會明顯變窄，但是如果病灶在間隔時，左右心房幾乎同時除極，雙方的心電向量朝向兩個不同的方向，綜合向量將相互抵消導致P波變得比竇性明顯窄小。如上在消融前對病灶定位分析中，無處不用心電向量理論。不止房速，心房撲動、室性早搏、室性心動過速、預激綜合征均可舉一反三運用心電圖大致判斷病灶部位，減少患者射線輻射量，節(jié)約手術(shù)時間。而這種精準的判斷需要扎實的心電向量理論基礎(chǔ)。

再比如用心電向量來解釋和理解心肌缺血或心肌梗死時ECG的改變以及判斷心肌梗死的部位。心肌梗死時心電圖發(fā)生三種基本變化：（1）T波倒置，代表冠脈損傷區(qū)周圍的心肌呈缺血型改變。病理生理基礎(chǔ)為：心肌缺血后代謝發(fā)生障礙，各種生物酶功能障礙，運轉(zhuǎn)Ca2+、Na+、K+等離子障礙，缺血心肌除極、復極異常。目前向量學原理解釋大致為：此時段代表心室復極過程，當健康心肌已復極時，缺血心肌尚未完全復極，已復極的健康心肌電勢較高，尚未完全復極的缺血心肌電勢較低，兩者間產(chǎn)生電勢差（電位差），心電向量的方向由缺血區(qū)指向健康區(qū)，在對應(yīng)的缺血部位的心電導聯(lián)上便記錄出倒置的T波，但真實的T波向量學說仍需完善；（2）ST段弓背向上抬高，代表心外膜下心肌缺血或透壁性心肌梗死。QRS環(huán)的終點（J點）到T環(huán)的起點，即為ST段，此時段代表心室除極完畢到快速復極開始時間。病理生理基礎(chǔ)為：缺血導致生物酶活性異常，K+外流等影響，損傷的心肌細胞膜極化能力減弱，靜息電位和動作電位發(fā)生異常。目前向量學原理解釋為：心內(nèi)膜和心外膜之間復極電位差有關(guān)。ST段改變是目前診斷急性心肌梗死相關(guān)罪犯血管最快捷的指標，例如右冠病變時，ST向量指向右（Ⅲ導聯(lián)），Ⅲ導聯(lián)ST段抬高程度大于Ⅱ?qū)?lián)，對應(yīng)的Ⅰ導和avL導聯(lián)ST段下移；左回旋支閉塞時，ST向量指向左（Ⅱ?qū)?lián)），Ⅱ?qū)?lián)ST段抬高程度大于Ⅲ導聯(lián)，對應(yīng)的Ⅰ導和avL導聯(lián)ST段下移；左前降支閉塞時，V1~3導聯(lián)，ST段弓背向上抬高，以此類推，舉一反三；（3）病理性Q波代表心肌壞死。目前向量學原理解釋為：QRS波群實際為殘存向量圖形。壞死的心肌喪失了除極和復極的能力，不再產(chǎn)生心電向量，而其他健康心肌的除極仍在進行，所以其最終綜合心電向量背離心肌壞死區(qū)。因此在對應(yīng)導聯(lián)上出現(xiàn)異常Q波（Q波寬度>0.04 s、深度>同導聯(lián)R波的1/4）或QS波，不論Q波還是QS波，都為負向量波，代表除極方向走向背離電極或該導聯(lián)的方向，或者說指向存活心肌的方向，以此可判斷陳舊心梗部位[14-20]。

預激綜合征更是可以通過對心電向量和心電圖分析對旁道定位。預激波QRS融合波，例如：A型預激綜合征，其異常旁道是Kent束，起于左房后部，止于左心室后基底部靠近室間隔的心外膜附近，初始預激部位為心室左后，預激向量指向左前。從橫面向量投影看，QRS波初始20~70 ms預激向量指向左前或右前。T環(huán)島方向，大小是變化不定的，ST向量指向后。因此，胸導V1~V6QRS主波向上，預激波也是向上的，繼發(fā)ST段下移，T波低平﹑雙向或倒置。從額面向量投影看，預激向量自后向前，與額面近于垂直，QRS環(huán)投影多指向左上或左下。QRS大部分位于左側(cè)，環(huán)體運行方向也變化不定，可呈順時針，逆時針或“8”字形旋轉(zhuǎn)，所以預激波在心電圖的肢體導聯(lián)可向上或向下。T環(huán)多指向下，則下部導聯(lián)II﹑III﹑avF的T波多向上。B型預激綜合征，其異常旁道是起于鄰近房室環(huán)的心房側(cè)，預激部位在右心室基底部外緣即右側(cè)偏前。預激向量指向左后，最大QRS指向左后，環(huán)體多逆轉(zhuǎn)，ST向量指向右后，T環(huán)則指向左前。從額面向量投影看，預激向量及QRS環(huán)體均指向左方，偏上或偏下，環(huán)呈逆時針旋轉(zhuǎn)或“8”字形旋轉(zhuǎn)，T環(huán)方向不定，常與QRS環(huán)方向相反，呈逆時針運行，投影在I﹑avL導聯(lián)軸的正電位端，所以QRSI﹑avL主波向上；QRS環(huán)可偏上或偏下，所以QRSII﹑III﹑avF呈正向或負向波。從橫面向量投影看，預激向量及QRS環(huán)均指向左側(cè)，投影在胸壁導聯(lián)的QRSV1~2呈QS﹑QR﹑RS波，投影在左側(cè)心前導聯(lián)的QRS V4~6均呈正向R波﹑RS波。

3 心電向量理論教育現(xiàn)狀

目前心電圖教學中，不論是對本科生、研究生，還是規(guī)范化培養(yǎng)醫(yī)師、臨床醫(yī)師，均存在忽視心電向量理論知識傳授的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為老師講著難，學員聽著難，學時少，內(nèi)容少。在心電圖授課中不排或只排一個學時的心電向量理論教學，絕大部位教員和學員對心電向量這部分基礎(chǔ)知識很可能都是囫圇吞棗地看過，部分教員本身對該理論就不十分熟悉，只是略微提及，或是一語帶過，或是干脆不提，存在教員不知道在講什么，學員不知道該聽什么的現(xiàn)象，這說明向量學本身存在復雜性，但作為心電圖基礎(chǔ)知識，是有必要知道其核心理論和基本技巧的。況且心電向量理論未閉有那么難理解，教員的教員沒下工夫理解，便容易導致心電向量理論在心電圖教學中被一代代忽視，容易出現(xiàn)知識的斷層。

缺乏心電向量理論的鋪墊，學員不容易真正理解為什么會出現(xiàn)各種心電圖正常波形，又為什么會產(chǎn)生各種異常波形，易造成學生在學習和理解心電圖內(nèi)容時，覺得內(nèi)容枯燥、復雜，容易產(chǎn)生恐懼和抵觸心理，多為死記硬背，缺乏舉一反三的能力，記憶短暫，發(fā)展較慢，難以推導、理解和診斷更為復雜的心電圖。

4 心電向量理論教育實踐效果

筆者在對本科生心電圖教學中，特別增加學時，加強了對心電向量理論的講解和在整個心電圖教學過程中貫穿式強化運用心電向量理論解釋各種心電圖產(chǎn)生的道理，從而深刻體會到該部分內(nèi)容授課的必要性。具體體現(xiàn)為：（1）教學效果反饋中，學生肯定了心電向量理論知識的實用性，并對其產(chǎn)生了濃厚的自學興趣；（2）相同學習能力學生中，與未接受心電向量理論知識的學生相比，系統(tǒng)接受并初步掌握該理論的學生表現(xiàn)出對心電圖更強的悟性和記憶力；（3）遇到不同種類心律時，反復講解和運用心電向量理論知識時，學員表現(xiàn)出對心電圖更易理解，整個教學過程更為輕松。

5 心電向量理論教育實踐建議

既然心電向量是心電圖產(chǎn)生的原理和總論，是理解各種心電圖波形的核心思維，那么就需要將該理論貫穿于心電圖授課和判讀過程始終，也是優(yōu)化心電圖教學效果的重要環(huán)節(jié)。如何提升心電向量理論教育實踐，筆者建議：（1）教研室盡量分配適當學時給該理論授課；（2）教員不但要在分析正常心電圖前下工夫詳細介紹心電向量背景知識，對該部位知識融會貫通，更要在教學中分析各種異常心電圖時同步分析心電向量環(huán)對應(yīng)的變化，也就是各種波形產(chǎn)生的道理，令學生產(chǎn)生條件反射和慣性思維；（3）教員在授課中除借助PPT等多媒體工具外，還可以制作三維向量環(huán)實物模型輔助教學；（4）向?qū)W員介紹各種自學方式，如①心電向量相關(guān)課外讀物，例如《黃宛臨床心電圖學》，陸振剛主編的《臨床心電向量圖學》，孫英賢主編的《心電向量學導讀及圖譜》，《四維心電向量研究》；②網(wǎng)站；③文獻；④論壇；⑤心臟是三維立體結(jié)構(gòu)，因此還可借助自己手繪或電腦制作從四維（加上時間概念）到三維到二維再到一維空間認識向量知識。

多數(shù)心電圖教學工作者，十分清楚心電向量理論的重要意義。因此，教員不但要重視它，更要首先掌握扎實的心電向量理論基本功，理解這部分內(nèi)容需要一定的空間想象能力，對心臟解剖的透徹理解和物理學知識，但更為重要的是教員本身對該理論的興趣和教學態(tài)度。在心電圖教學中，前期讓學生全面了解心電向量理論內(nèi)容并隨時運用它去解釋正常心電圖特點，會對后續(xù)心電圖教學起到事半功倍的效果，并顯著提高心電圖教學的效率和趣味性，培養(yǎng)學生運用心電向量理論理解和推導心電圖的臨床思維是心電圖教學工作者的職責。

[1]任春霖，高學霞.心電向量在心電圖教學中的作用及應(yīng)用[J].中國醫(yī)學物理學雜志，2012，29（4）：3586-3588.

[2]郭志福，黃新苗，胡建強，等.心電圖發(fā)展史在心電圖教學中的應(yīng)用及效果[J].西北醫(yī)學教育，2012，20（3）：643-646.

[3]王永權(quán).心電向量圖在診斷心肌梗死中的優(yōu)勢[J].臨床心電學雜志，2009，18（2）：86-89.

[4]盧喜烈.心電向量圖在寬QRS波鑒別診斷中的優(yōu)勢[J].臨床心電學雜志，2009，18（2）：92-94.

[5]劉仁光.心電向量圖在預激綜合征診斷中的優(yōu)勢[J].臨床心電學雜志，2009，18（2）：95-96.

[6]Ghista D N，Acharya U R.Nagenthiran T Frontal plane vectorcardiograms：theory and graphics visualization of cardiac health status[J].J Med Syst，2010，34（4）：445-458.

[7] Reddy K，Khaliq A，Henning R J.Recent advances in the diagnosis and treatment of acute myocardial infarction[J].World J Cardiol，2015，7（5）：243-276.

[8] Andersen M P，Terkelsen C J，S?rensen J T.The ST injury vector：electrocardiogram-based estimation of location and extent of myocardial ischemia[J].J Electrocardiol，2010，43（2）：121-131.

[9] Sansone M，F(xiàn)usco R，Pepino A.Electrocardiogram pattern recognition and analysis based on artificial neural networks and support vectormachines：a review[J].J Healthc Eng，2013，4（4）：465-504.

[10] Yokokawa M，Liu T Y，Yoshida K.Automated analysis of the 12-lead electrocardiogramto identify the exit site of postinfarction ventricular tachycardia[J].Heart Rhythm，2012，9（3）：330-334.

[11] Roten L，Derval N，Sacher F.Ajmaline attenuates electrocardiogram characteristics of inferolateral early repolarization[J].Heart Rhythm，2012，9（2）：232-239.

[12] Zadeh A E，Khazaee A，Ranaee V.Classification of the electrocardiogram signals using supervised classifiers and efficient features[J].Comput Methods Programs Biomed，2010，99（2）：179-194.

[13] Andersen M P，Terkelsen C J，S?rensen J T.The ST injury vector：electrocardiogram-based estimation of location and extent of myocardial ischemia[J].J Electrocardiol，2010，43（2）：121-131.

[14]杜紅梅.平板運動試驗和動態(tài)心電圖聯(lián)合檢查對評估冠狀動脈狹窄程度的預測價值[J].中國醫(yī)學創(chuàng)新，2014，11（20）：151-154.

[15]王蘭，曹海清，邱曉川，等.急性下壁心肌梗死心電圖改變與梗死相關(guān)血管關(guān)系探析[J].中國醫(yī)學創(chuàng)新，2014，11（27）：132-134.

[16]闞小杰.無癥狀性心肌缺血患者的動態(tài)心電圖臨床分析[J].中國醫(yī)學創(chuàng)新，2014，11（32）：142-144.

[17]劉春光，王穎.多排螺旋CT冠脈成像、心電圖及冠狀動脈造影對冠心病臨床診斷價值的對比分析[J].中國醫(yī)學創(chuàng)新，2013，10（5）：98-99.

[18]張秋云.無癥狀性心肌缺血患者的動態(tài)心電圖臨床分析[J].中國醫(yī)學創(chuàng)新，2012，9（14）：134-135.

[19]馬艷麗.145例體位性T波改變的心電圖分析[J].中國醫(yī)學創(chuàng)新，2012，9（28）：71-72.

[20] Zimetbaum P J，Josephson M E.Use of the electrocardiogram in acute myocardial infarction[J].N Engl J Med，2003，348（10）：933-940.