容積導(dǎo)體對(duì)離體蟾蜍心電的影響＊

史為清 王俊杰 杜 晶 劉文彥

（濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)學(xué)院，山東 濟(jì)寧272067）

目前，體表心電圖（ECG）的形成原理是以容積導(dǎo)體學(xué)說為基礎(chǔ)的電向量投影學(xué)說來解釋［1－2］。體表電位容易受到軀干的不均性、胸腔組織電導(dǎo)率不均勻性、胸腔模型的不規(guī)則性等各種因素的影響［3］。心臟周圍的組織和體液都能導(dǎo)電，因此可將人體看成一個(gè)具有長(zhǎng)、寬、厚3度空間的容積導(dǎo)體。心臟好比電源。由電學(xué)角度分析，心電的衰減與心電源距離成反比，而心電衰減是否受周圍容積導(dǎo)體大小影響的報(bào)道鮮見［3－4］。本實(shí)驗(yàn)旨在闡明心電衰減與心臟周圍容積導(dǎo)體大小之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 藥品與儀器

林格氏液。儀器：BL－420F，由成都泰盟科技有限公司提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

中華大蟾蜍，雌雄各18只，共36只。體質(zhì)量100～150g，濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。

1.3 離體蟾蜍ECG的記錄

利用80mm培養(yǎng)皿作為基本容器，林格氏液為溶液，離體蟾蜍心臟置干燥培養(yǎng)皿中央，將心電引導(dǎo)線的兩個(gè)鱷魚夾夾在培養(yǎng)皿邊緣的不同位置，使兩鱷魚夾與心臟成一線，即與人體ECG記錄中標(biāo)準(zhǔn)肢體導(dǎo)聯(lián)Ⅱ?qū)?lián)的記錄方法相同，以描記兩電極間的電位差。同時(shí)用BL－420F生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)記錄ECG，信號(hào)經(jīng)BL－420F系統(tǒng)處理后，輸入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并分析。在電極與蟾蜍心臟之間滴加林格氏液，形成導(dǎo)電線路。首先滴加1.0ml林格氏液作為基礎(chǔ)容積導(dǎo)體；再由小到大地逐漸改變電極與蟾蜍心臟之間林格氏液的量，以逐漸增大心臟周圍與兩電極之間的林格氏液容積，觀察ECG R波幅度的變化。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)以±s表示，顯著性檢驗(yàn)采用ANOVA分析，P＜0.01為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

記錄出離體蟾蜍心臟ECG后，逐漸改變培養(yǎng)皿中容積導(dǎo)體大小，即滴加不同量的林格氏液后，ECG R波幅度發(fā)生明顯變化。當(dāng)林格氏液滴加量為1ml，且使林格氏液在兩電極與心臟間連接成一直線時(shí)，R波幅度為（0.99±0.12）mV，以此為對(duì)照；當(dāng)林格氏液滴加量為5ml，此時(shí)林格氏液鋪滿整個(gè)培養(yǎng)皿底面時(shí)，R波幅度為（0.53±0.06）mV，減小46.5%；隨著滴加的林格氏液量逐漸增大，R波幅度逐漸減小，當(dāng)林格氏液量增加到30ml，即接近盛滿整個(gè)培養(yǎng)皿時(shí)，R波幅度減小到（0.05±0.01）mV，較對(duì)照減少了94.9%。ECG R波幅度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。圖1.1為不同容積（1ml、5ml、30ml）時(shí)的ECG。圖1.2為容積導(dǎo)體容積大小對(duì)ECG R波幅度的影響。

表1 容積導(dǎo)體大小對(duì)ECG R波幅度的影響（±s）

表1 容積導(dǎo)體大小對(duì)ECG R波幅度的影響（±s）

注：＊與1ml（對(duì)照）比較，P＜0.01

容積（ml） R波幅度（mV）1（對(duì)照） 0.99±0.12 5 0.53±0.06＊10 0.30±0.05＊20 0.10±0.02＊30 0.05±0.01＊

圖1 不同容積導(dǎo)體大小的ECG

圖2 容積導(dǎo)體容積大小對(duì)ECG R波幅度的影響

3 討論

所有心肌細(xì)胞動(dòng)作電位變化的總和可以通過心臟周圍組織傳導(dǎo)到體表。通過心電描記器從體表引出多種形式的電位變化的圖形就是ECG。ECG是心臟興奮的發(fā)生、傳播及恢復(fù)過程的客觀指標(biāo)。ECG在心臟基本功能及其病理研究方面，具有重要的參考價(jià)值。

單個(gè)心肌細(xì)胞動(dòng)作電位的產(chǎn)生與ECG各波之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系。單個(gè)心室肌細(xì)胞動(dòng)作電位的0期去極化是由細(xì)胞外Na＋內(nèi)流而形成。整個(gè)心臟的所有心室肌細(xì)胞同步去極化時(shí)有大量的Na＋內(nèi)流，由此產(chǎn)生的瞬間電位變化即為體表ECG的R波［1］。

本實(shí)驗(yàn)中，ECG的R波幅度隨心臟周圍容積導(dǎo)體的增大明顯減小。容積導(dǎo)體為1ml時(shí)，R波幅度為（0.99±0.12）mV，而容積導(dǎo)體增加到5ml，R波幅度減小46.5%；當(dāng)容積導(dǎo)體增大到30ml時(shí)，R波幅度進(jìn)一步減小到（0.05±0.01）mV，下降94.9%。當(dāng)心臟與兩電極間滴加的溶液為1ml，即連接心臟與兩電極間的容積導(dǎo)體為一厚×寬約10mm×1mm的條形容積，心臟興奮，即產(chǎn)生動(dòng)作電位時(shí)，心臟周圍的Na＋快速流向心肌細(xì)胞內(nèi)，此時(shí)心臟周圍內(nèi)流的Na＋主要來自兩電極間的條形林格氏液，這樣在兩電極間就形成了較大的電位差，即記錄到的ECG R波幅度大。隨著心臟周圍林格氏液的增加，當(dāng)心臟興奮時(shí)，心臟周圍能向心肌細(xì)胞內(nèi)流動(dòng)的Na＋的空間范圍擴(kuò)大，即細(xì)胞外提供Na＋的空間范圍擴(kuò)大。而動(dòng)作電位是全或無的，也就是說，每次心臟興奮時(shí)，Na＋內(nèi)流的量是不變的，因此僅從兩電極間這個(gè)方向上內(nèi)流的Na＋的量就減少，造成兩電極間形成的電位差減小，表現(xiàn)為ECG的R波幅度下降。這表明，心臟周圍容積導(dǎo)體的量，在體時(shí)則為心臟周圍組織液的量能夠影響R波的大小。當(dāng)心臟周圍的某些病變?nèi)缧厍环e液、心包炎致心包積液等，若改變了心臟周圍的組織液的量或質(zhì)時(shí)可能出現(xiàn)R波的改變。

［1］ 朱大年.生理學(xué)［M］.7版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2008：86－98.

［2］ 黎萌.電偶極子與模擬心電測(cè)量［J］.大學(xué)物理，1994，13（8）：29－30.

［3］ 周翔.心臟周圍組織內(nèi)心電場(chǎng)傳播的衰減［J］.第一軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21（9）：653－654.

［4］ Stinstra JG.The volume conductor may act as a temporal filter on the ECG and EEG［J］.Med Biol Eng Comput，1998，36（6）：711－716.