物理实验课中开设心电图实验相关问题的探讨

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1、物理实验课中开设心电图实验相关问题的探讨【摘要】　　医用物理实验课中开设心电图实验，有利于学生理解心肌细胞生物电的产生和心电图的形成。【关键词】电偶极子动作电位心电向量心电图　　AnalysisoftheElectrocardiogramExperiment'sProbleminPhysicsExperiment　　AbstractTheelectrocardiogramexperimentinphysicsexperimentisinfavorofitthatstudentsunderstandtheproducingofbioele

2、ctricityandtheformingofelectrocardiogram.Key　　1引言随着我国高等医学教育改革的不断深化和现代医学技术的自身的发展，实验教学的思想和观念发生了很大的变化。高校的实验教学作为高等教育的重要组成部分，承担着理论和实践相结合的使命。因此在物理实验课中开设心电图实验，对医学生来说非常必要。下面就有关心电图的原理和测量方面的几个问题进行讨论。　　2原理　　2.1物理电学　　2.1.1电偶极子　　两个等量异号的点电荷-q和+q相距很近时组成的电荷系统称为电偶极子。从负电荷到正电荷做一矢线，称为电偶极子的轴

3、线。P=qL称为电偶极矩。见图1。设任意一点a到-q和+q的距离分别是r1和r2，a点的电势分别是：U+=14πε0·qr1(1)U-=-14πε0·qr2(2)则a点的电势是：Ua=U++U-=14πε0·qr1-14πε0·qr2=q4πε0·r2-r1r1·r2(3)式中ε0是真空的介电常数，ε0=8.85×10-12C2·N-1·m-2。当a点远离电偶极子时，即rL，那么r2≈r1≈r,r2-r1≈Lcosθ，则Ua=q4πε0·Lcosθr2=14πε0·Pcosθr2　　2.1.2电偶极层相距很近，相互平行且具有等值异号面

4、电荷密度分布的带电体系构成的带电系统称为电偶极层，见图2。整个表面积为S的电偶极层在P点的电势为：U=∫dU=14πε0PsΩ式中PS=σδ是单位面积电偶层的电偶极矩，δ是电偶层之间的距离，σ是电荷密度。Ω是电偶层整个表面积S对P点所张的立体角。　　2.2生物电　　心肌细胞生物电产生的基础是：细胞膜内外带电离子分布不均匀；细胞膜在不同情况下对离子选择通透性的变化，造成选择性离子跨膜移动。离子跨膜移动受以下因素控制：细胞膜对离子的通透性；细胞膜内外的电位差；细胞膜内外离子的浓度差；钠、钾泵机能。心肌细胞膜内外离子分布不均匀，是由于细胞膜中

5、存在一种钠钾泵结构，它是细胞膜中的一种特殊蛋白质（Na+K+依赖式ATP酶），其作用是分解ATP使之释放能量，并利用此能量将细胞内的Na+逆浓度转移到细胞外，同时把细胞外的K+逆浓度转至细胞内，从而形成和维持细胞内高K+，细胞外高Na+的不均匀的离子分布状态。　　2.2.1静息电位　　大多数动物的神经和肌肉细胞在不受外界干扰时，细胞膜的内外之间存在电位差，这一电位称为静息电位。对于心肌细胞，假设以膜外为参考零电位，则膜内电位相当于-90mV，它是一种稳定的直流电位。实际上细胞膜是一个半透膜，在膜的内外存在着许多离子，其中主要是K+、

6、Na+、Ca2+、Cl-和大量的蛋白质离子。K+、Na+、Ca2+、Cl-这些离子可以在不同程度上通过细胞膜，而其他离子则不能透过。因此，只有那些能透过细胞膜的离子才能形成跨膜电位，即静息电位。表1是心肌细胞膜内外K+、Na+离子浓度值。表1心肌细胞膜内外K+、Na+离子浓度(略)　　2.2.2动作电位　　心肌细胞处于静息状态时，细胞膜的外部带正电，内部带负电，这种状态又称为极化。当极化状态的细胞受到外界的刺激达到一定强度，受到刺激处的细胞对Na+离子的通透性会突然变大，大量Na+离子在电场和浓度梯度的双重作用下涌入细胞内，使膜内的电位

7、迅速提高，膜电位由原来的-90mV迅速增加到+30mV，而后瞬间上升至120mV。同时膜内外的局部电荷也改变了符号，膜内带正电，膜外带负电。这一过程叫除极。见图3。　　结果大量的K+离子由细胞膜内向细胞膜外扩散。使膜电位又由正值迅速下降到负值，达到静息电位。这一过程叫复极。单个心肌细胞的除极和复极过程和电偶的变化见图4。3心电图　　3.1心电向量心肌细胞在静息状态下，相当于一个闭合的电偶层，膜内带负电荷，膜外带正电荷，此时心肌细胞对外显示的电势为零。心肌细胞在除极时对外显示的电势大于零，在复极时对外显示的电势小于零。在一块心肌中，假如一

8、端的心肌细胞受到刺激发生除极，则此处的细胞膜就形成跨膜动作电位，同时形成局部环形电流。这一局部环形电流又刺激临近静息膜使之除极而兴奋，从而使跨膜局部电流沿着细胞膜向外扩展，使兴奋以除极波的形式向前传播，形成