重视并提高心电向量理论在心电图教学中的地位*

杨晓伟 程何祥 陶凌 王海昌 苑媛

“心电活动”本质是一种生物电现象。在心动周期中，每个瞬间心脏会产生的一个既有大小又有方向的电位差（电势差），该电势差在物理学中被称为“向量”，而将每个心动周期中各瞬间产生的综合心电向量运行轨迹连接起来，便构成一个假设的立体空间心电向量环。心电图（electrocardiogram，ECG）就是将心脏电活动过程中所产生的每个瞬间综合体表电位差（或者说是心电向量环）记录下来并加以解释的科学。因此了解心电向量学也就有助于理解一些心电图的形成机理。心电图在对心律失常（预激综合征、束支阻滞及分支阻滞等），心肌梗死（下壁﹑后壁﹑前间壁心肌梗死等）及心肌肥厚等疾患的诊断或病变定位中具有重要作用。因此，心电图只是记录了一种现象，而解释和推导种种现象产生的原理应是心电图教学的重要内容和目的[1-5]。

1 心电向量理论与心电图的关系

心电向量是因，心电图是果。心电图就是空间三维心电向量环先后在二维平面和一维直线上的投影结果。有什么样的空间三维心电向量环就对应产生并记录出什么样的心电图波形，反之，由心电图波形也能推测出大致空间心电向量环走形。三种不同时间产生的独立的空间向量环便对应产生了三种不同的心电图波形，即心房去极的P向量环、心室去极的QRS向量环及心室复极的T向量环对应产生心电图中的P波、QRS波群及T波。

同时，瞬间综合心电向量是因，心电向量环又是果。按照时间先后顺序产生的心脏瞬间综合向量走过的轨迹的连线就构成了每个空间心电向量环。

连续描述心电图产生过程如下：电场中任何电位不同的两点间便存在电位差（电势差或电压）。心电活动在心肌扩布期间，每一个瞬间除极或复极心肌细胞的分布都在发生改变，那么每一个瞬间都有无数个不同心电向量出现，根据电势叠加原理，瞬间这些无数个心电向量的综合效果可等效为一个“瞬间综合心电向量”，它所作的空间环形运动的轨迹即构成立体心电向量环。而根据容积导电的原理，该向量环可在二维额面、横面进行一次投影，并进一步在对应的一维肢体、胸壁导联轴上进行二次投影，继而可以从体表上间接地测出或者说反映出心肌的电位变化。用一定速度移行的记录纸对这些投影加以连续描记，便得到了心电图波形。在不同导联上，投影所得电位的大小，即心电图纵轴电压值，取决于瞬间心电综合向量本身的大小及其与导联轴的夹角关系，即投影的方向和导联轴方向一致时得正电位，在心电图上表现为正向波，相反时为负电位，在心电图上则表现为负向波，夹角约接近0°，波形振幅最高，夹角90°时，振幅接近等电位线[2]。

由此可见，心电向量理论是理解和解释心电图的核心思维。心电图是心电向量环在各导联上的二次投影，心电向量图能合理解释心电图各波产生的原理，特别是房室肥大、心肌梗死、束支传导阻滞、预激综合征等心电图特点。此外，各导联的心电图变化，皆与心电向量图向量环的宽窄及投影大小密切相关，只有了解了心电向量图的各种变化，才能更深刻地理解心电图的各种变异，从而避免强记各种心电图的图形[3-7]。但是值得指出的是，心电向量理论还无法解释心电图中的房室关系、P-R间期、S-T段改变以及某些心律失常的诊断[6-13]。

2 心电向量理论与心电图的临床作用

心电图诊断心律失常、心肌梗死等疾患中的地位不再赘述。但是，当需要具体应用心电图进行异常心律或心肌梗死定位时，则需要灵活运用心电向量理论知识。

快速心律失常射频消融术前，利用体表心电图对病灶部位预估是非常有必要的。例如：房性心动过速（房速）时：（1）通过V1导联P波方向判断左房还是右房来源，V1正向多提示左房来源，V1负向多提示右房来源。因为V1导联提供的是从横面心电向量环观察左右心电活动的最佳视域，V1导联在胸骨的右缘，也就是在心脏前方，对着室间隔，它代表向右向前的方向。那么，当左房除极时，心电总除极方向是自左后向右前的，也就是综合向量方向是指向V1的，所以P波多为直立正向的；（2）通过II、III、avF导联P波方向判断病灶的位置高低，如果这些导联P波为正向多提示位置偏中高位，如果这些导联P波为负向多提示位置偏低位。因为II、III、avF导联代表心脏下壁方向，高位病灶自上向下除极时，心电向量在额面和II、III、avF导联是正对电极除极，记录为正向P波；高位病灶自下向上除极时，心电向量在额面和II、III、avF导联是背对电极除极，记录为负向P波；（3）通过P波宽窄初步判断是游离壁还是间隔侧，P波宽于或约等于窦性多提示为游离壁，P波窄于窦性多提示为间隔侧。因为游离壁除极时，心电向量只能从一侧心房到另一侧心房，故不会明显变窄，但是如果病灶在间隔时，左右心房几乎同时除极，双方的心电向量朝向两个不同的方向，综合向量将相互抵消导致P波变得比窦性明显窄小。如上在消融前对病灶定位分析中，无处不用心电向量理论。不止房速，心房扑动、室性早搏、室性心动过速、预激综合征均可举一反三运用心电图大致判断病灶部位，减少患者射线辐射量，节约手术时间。而这种精准的判断需要扎实的心电向量理论基础。

再比如用心电向量来解释和理解心肌缺血或心肌梗死时ECG的改变以及判断心肌梗死的部位。心肌梗死时心电图发生三种基本变化：（1）T波倒置，代表冠脉损伤区周围的心肌呈缺血型改变。病理生理基础为：心肌缺血后代谢发生障碍，各种生物酶功能障碍，运转Ca2+、Na+、K+等离子障碍，缺血心肌除极、复极异常。目前向量学原理解释大致为：此时段代表心室复极过程，当健康心肌已复极时，缺血心肌尚未完全复极，已复极的健康心肌电势较高，尚未完全复极的缺血心肌电势较低，两者间产生电势差（电位差），心电向量的方向由缺血区指向健康区，在对应的缺血部位的心电导联上便记录出倒置的T波，但真实的T波向量学说仍需完善；（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环的终点（J点）到T环的起点，即为ST段，此时段代表心室除极完毕到快速复极开始时间。病理生理基础为：缺血导致生物酶活性异常，K+外流等影响，损伤的心肌细胞膜极化能力减弱，静息电位和动作电位发生异常。目前向量学原理解释为：心内膜和心外膜之间复极电位差有关。ST段改变是目前诊断急性心肌梗死相关罪犯血管最快捷的指标，例如右冠病变时，ST向量指向右（Ⅲ导联），Ⅲ导联ST段抬高程度大于Ⅱ导联，对应的Ⅰ导和avL导联ST段下移；左回旋支闭塞时，ST向量指向左（Ⅱ导联），Ⅱ导联ST段抬高程度大于Ⅲ导联，对应的Ⅰ导和avL导联ST段下移；左前降支闭塞时，V1~3导联，ST段弓背向上抬高，以此类推，举一反三；（3）病理性Q波代表心肌坏死。目前向量学原理解释为：QRS波群实际为残存向量图形。坏死的心肌丧失了除极和复极的能力，不再产生心电向量，而其他健康心肌的除极仍在进行，所以其最终综合心电向量背离心肌坏死区。因此在对应导联上出现异常Q波（Q波宽度>0.04 s、深度>同导联R波的1/4）或QS波，不论Q波还是QS波，都为负向量波，代表除极方向走向背离电极或该导联的方向，或者说指向存活心肌的方向，以此可判断陈旧心梗部位[14-20]。

预激综合征更是可以通过对心电向量和心电图分析对旁道定位。预激波QRS融合波，例如：A型预激综合征，其异常旁道是Kent束，起于左房后部，止于左心室后基底部靠近室间隔的心外膜附近，初始预激部位为心室左后，预激向量指向左前。从横面向量投影看，QRS波初始20~70 ms预激向量指向左前或右前。T环岛方向，大小是变化不定的，ST向量指向后。因此，胸导V1~V6QRS主波向上，预激波也是向上的，继发ST段下移，T波低平﹑双向或倒置。从额面向量投影看，预激向量自后向前，与额面近于垂直，QRS环投影多指向左上或左下。QRS大部分位于左侧，环体运行方向也变化不定，可呈顺时针，逆时针或“8”字形旋转，所以预激波在心电图的肢体导联可向上或向下。T环多指向下，则下部导联II﹑III﹑avF的T波多向上。B型预激综合征，其异常旁道是起于邻近房室环的心房侧，预激部位在右心室基底部外缘即右侧偏前。预激向量指向左后，最大QRS指向左后，环体多逆转，ST向量指向右后，T环则指向左前。从额面向量投影看，预激向量及QRS环体均指向左方，偏上或偏下，环呈逆时针旋转或“8”字形旋转，T环方向不定，常与QRS环方向相反，呈逆时针运行，投影在I﹑avL导联轴的正电位端，所以QRSI﹑avL主波向上；QRS环可偏上或偏下，所以QRSII﹑III﹑avF呈正向或负向波。从横面向量投影看，预激向量及QRS环均指向左侧，投影在胸壁导联的QRSV1~2呈QS﹑QR﹑RS波，投影在左侧心前导联的QRS V4~6均呈正向R波﹑RS波。

3 心电向量理论教育现状

目前心电图教学中，不论是对本科生、研究生，还是规范化培养医师、临床医师，均存在忽视心电向量理论知识传授的现象。具体表现为老师讲着难，学员听着难，学时少，内容少。在心电图授课中不排或只排一个学时的心电向量理论教学，绝大部位教员和学员对心电向量这部分基础知识很可能都是囫囵吞枣地看过，部分教员本身对该理论就不十分熟悉，只是略微提及，或是一语带过，或是干脆不提，存在教员不知道在讲什么，学员不知道该听什么的现象，这说明向量学本身存在复杂性，但作为心电图基础知识，是有必要知道其核心理论和基本技巧的。况且心电向量理论未闭有那么难理解，教员的教员没下工夫理解，便容易导致心电向量理论在心电图教学中被一代代忽视，容易出现知识的断层。

缺乏心电向量理论的铺垫，学员不容易真正理解为什么会出现各种心电图正常波形，又为什么会产生各种异常波形，易造成学生在学习和理解心电图内容时，觉得内容枯燥、复杂，容易产生恐惧和抵触心理，多为死记硬背，缺乏举一反三的能力，记忆短暂，发展较慢，难以推导、理解和诊断更为复杂的心电图。

4 心电向量理论教育实践效果

笔者在对本科生心电图教学中，特别增加学时，加强了对心电向量理论的讲解和在整个心电图教学过程中贯穿式强化运用心电向量理论解释各种心电图产生的道理，从而深刻体会到该部分内容授课的必要性。具体体现为：（1）教学效果反馈中，学生肯定了心电向量理论知识的实用性，并对其产生了浓厚的自学兴趣；（2）相同学习能力学生中，与未接受心电向量理论知识的学生相比，系统接受并初步掌握该理论的学生表现出对心电图更强的悟性和记忆力；（3）遇到不同种类心律时，反复讲解和运用心电向量理论知识时，学员表现出对心电图更易理解，整个教学过程更为轻松。

5 心电向量理论教育实践建议

既然心电向量是心电图产生的原理和总论，是理解各种心电图波形的核心思维，那么就需要将该理论贯穿于心电图授课和判读过程始终，也是优化心电图教学效果的重要环节。如何提升心电向量理论教育实践，笔者建议：（1）教研室尽量分配适当学时给该理论授课；（2）教员不但要在分析正常心电图前下工夫详细介绍心电向量背景知识，对该部位知识融会贯通，更要在教学中分析各种异常心电图时同步分析心电向量环对应的变化，也就是各种波形产生的道理，令学生产生条件反射和惯性思维；（3）教员在授课中除借助PPT等多媒体工具外，还可以制作三维向量环实物模型辅助教学；（4）向学员介绍各种自学方式，如①心电向量相关课外读物，例如《黄宛临床心电图学》，陆振刚主编的《临床心电向量图学》，孙英贤主编的《心电向量学导读及图谱》，《四维心电向量研究》；②网站；③文献；④论坛；⑤心脏是三维立体结构，因此还可借助自己手绘或电脑制作从四维（加上时间概念）到三维到二维再到一维空间认识向量知识。

多数心电图教学工作者，十分清楚心电向量理论的重要意义。因此，教员不但要重视它，更要首先掌握扎实的心电向量理论基本功，理解这部分内容需要一定的空间想象能力，对心脏解剖的透彻理解和物理学知识，但更为重要的是教员本身对该理论的兴趣和教学态度。在心电图教学中，前期让学生全面了解心电向量理论内容并随时运用它去解释正常心电图特点，会对后续心电图教学起到事半功倍的效果，并显著提高心电图教学的效率和趣味性，培养学生运用心电向量理论理解和推导心电图的临床思维是心电图教学工作者的职责。

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