心电图的基本概念
为了更好地理解心电图的原理，首先回顾几个基本概念。
1.复极—除极—复极
医学研究发现，心肌细胞在静息状态时，胞膜内外的带电情况不一致，细胞内负电荷多，细胞外正电荷多，因此细胞膜的两侧存在电位差，这种电位差称为静息膜电位。心肌细胞的这一状态医学上称为“极化状态”。当细胞受到各种因素影响时，这种极化状态可以发生改变。例如心肌细胞某处受到一定强度的电刺激，该处细胞膜上的“离子通道”产生变化，使细胞内外的带电离子移动，改变了膜内外的电压差，该处变成细胞内正电荷多、细胞外负电荷多，与静息状态时相反，这个过程称为除极，最终整个细胞都变成“内正外负”的电荷分布状态，医学上称为除极状态。除极状态持续很短的时间，细胞膜上的离子通道又产生一定变化，细胞内外的电荷又恢复到“内负外正”的极化状态（此过程又称为复极过程）。如此，心肌完成一次兴奋过程。
2.心电向量
心脏是一个立体的结构且构型不规则，心肌细胞电兴奋时产生的电位变化复杂，心电图不可能记录到每一个心肌细胞的电位变化，它记录的是某一时刻心脏各部细胞所产生的综合电位变化，也就是整体心脏电活动的总和。这种综合电位称为心电向量。其中的“向”即方向，也就是正负电位的方向位置；“量”，即电位的大小。心肌细胞兴奋，是因为细胞膜发生了去极化，就是心肌细胞膜静息电位“外正内负”，受刺激后变为动作电位“外负内正”，这样兴奋部位和未兴奋部位产生电位差，如多米诺骨牌一样传导形成电流。如果探测电极对着去极化方向，心动图上描绘出正向的波（方向朝上为主）；如果探测电极背离去极化方向，心动图上描绘出负向的波（方向朝下为主）；当电极位置处于除极方向的垂直线上，就会有正负双向波形。因此，正常心电图的导联波形表现得有正有负。如图3-1-1所示，橙色箭头是心脏电活动除极方向，黑色方块是探测电极放置的位置，位置不同，记录到的心电波形会变化。
图3-1-1 探测电极位置与心电波形方向
3.心脏电传导系统
心脏电传导主要包含以下结构。窦房结，“窦”指人体某个器官或组织内部凹陷的部分，而这里所指的是上腔静脉窦，“房”指的是右心房，窦房结就是上腔静脉窦与右心房的交界处心外膜下的一个结。窦房结是心脏的起搏点、心脏电路系统的司令官，心跳主要就是由窦房结产生的。窦房结内部有起搏细胞，英文名pacemaker cell（P细胞），窦房结P细胞产生起搏信号后通过结间束传导至左右心房，引起左右心房收缩，随后电信号传导至房室结。
知识拓展
房室结是位于房间隔靠近三尖瓣附近特化的心脏结构，是心房电信号传导至心室的唯一途径，房室结类似高速路上的收费站，它的功能是将窦房结传来的兴奋短暂拦截然后再传向心室，这样就形成了“生理性房室延迟”。
随后电信号传导至希氏束，希氏束沿左右束支往心尖方向传导，然后这些冲动传导至浦肯野纤维，使整个心肌几乎同时兴奋收缩。
4.心电图波形的产生
普通心电图描记在方格纸上，如果整个心脏处于极化状态，这时心电图上只显示一条直线。按理来说，此时心肌细胞内外存在电位差，但因心脏各部位表面的电位大致相等，彼此之间无电位差异，故以“基线”来表示。当心脏兴奋时，某一处的心肌细胞除极，结果就产生电位差的变化，此时心电图上就出现相应的波形。依据规定，体表描记导联的电极所在部位如是向量“朝向”的部位，在基线上方出现波形，即正向波；如果是向量“背向”的部位，则在基线下方出现波形，即负向波。该波的高低，取决于电位差的大小，电位差大时波就高。由于心脏的心肌细胞并不都在同一时刻同时除极，电位差的变化会持续一定时间，这个时间可以由该波形的宽度反映出来。(https://www.daowen.com)
心脏是在不停搏动的，描记心电图一般至少都要记录数十次心跳的图形。因此，正常心电图是由一系列相同的“波群”组成的，每一波群代表一次心跳的心电位变化。正常情况下，心脏每一次搏动的兴奋冲动发放位置、冲动的传导途径均一致，所以每个“波群”的形态也就相同。典型心电图波群为P-QRS-T波群。为什么会出现这样的波形？其实它是心脏传导系统各个节点和心肌产生电信号的复合信号。类似于物理学中的合力与分力的关系，心电图是各个分波整合在一起，投射到体表形成的复合波，利用心电图机，从体表记录心脏的每一个心动周期，作产生电活动变化的曲线图形，就形成了心电图。心电图的每个波形和各个段都对应着心动周期中心脏的每个电生理活动，当心房充盈时，窦房结发出的电信号会传导至左、右心房，也就是心动图上对应的P波，P波开始后，心房除极收缩，P至Q代表从窦房结传导至心室的时间，QRS代表从希氏束激动心室去极化的全过程，Q代表室间隔去极化，R代表心室肌去极化，S代表心肌除极的最后阶段——心室基底部去极化。注意心房复极化也发生在这个过程，不过会被QRS掩盖而不会单独显示在心电图中，T代表心室复极，为下一个心动周期做准备，每个波形的详细意义在后文中还会描述。心脏电路系统的正常运转与窦性心律见图3-1-2。
图3-1-2 心脏电路系统的正常运转与窦性心律心电图
5.心电图度量单位
心电图描记用的图纸上印有许多规整的小方格。无论是横线还是竖线，每五条细线间就特别地印上一条粗线，细线与细线间的距离是1mm，粗线与粗线间的距离为5mm。这些方格实际上是横坐标与纵坐标的标度。横坐标代表时间，纵坐标代表电压。通常，心电图描记时的走纸速度为25mm/s，如此，每一小格为0.04s，每一大格则为0.20s。依据该定标，就很容易测出心电图各波的时间（宽度）。例如，P波的起点至终点正好有2个小格宽，则P波时间为0.08s。有时，为了特殊的目的，医生会加快心电图记录走纸速度，例如走纸速度为50mm/s，此时每小格只代表0.02s，每大格则为0.10s。走纸速度加快时，医生会在记录纸上注明。在描记心电图之前，医生会核定电压（纵坐标）的标准，使10mm的高度恰好为1mV的电压，这个过程称为定标。依据这个定标，如果心电图R波的高度占10个小格，那么其电压就是1mV。如果S波的深度占两个半小格，则其电压为0.25mV。在确定心电图各波及有关时段（如PR段、ST段）的电压时，必须有一个参照点，通常是以心电图的基线作为基准点。有时心电图波形幅度过高或过低，医生会以不同的电压定标来描写心电图，以10mm高度代表2mV或代表0.5mV，前者实际上将心电图波幅缩小一半，后者则放大了一倍，此时必须在记录纸上标明“1/2”或“2”的数字，使观测者以不同的标准换算。标有1/2者，如R波高5小格，实际上其电压为1mV；如有25小格，则为5.0mV。测量心电图各波的电压时，规定从基线的上缘（或下缘）至正向波（或负向波）的顶峰，也就是说基线本身的高度要排除在外。因为心电图各波的电压及时间间期在心电图诊断时具有重要的价值，故正确的定标与测量就成了质量控制的一项关键措施。如图3-1-3所示，按照标准走纸速度25mm/s及标准电压幅度0.1mV/小格记录的心电图，先看横轴，两个QRS波形相隔了5个大格、25个小格，相当于两次心室跳动之间间隔了1秒，那么这个受检查者的心率就是每分钟60次。再看纵轴，QRS波形最高与最低点间隔14.5个小格，那么其心室除极的电压幅度就是1.45mV。
图3-1-3 标准走纸速度及电压幅度的心电图
6.心电图各波形的意义
现就P-QRS-T波群中的各波及其产生机理做一简单介绍。
P波：出现在一次心电活动“波群”的起始处。该波比较矮小，多呈半圆弧状。正常时Ⅰ、Ⅱ、aVF导联位于基线上方，即直立。P波实际上是心房兴奋时产生的电位变化。虽然正常情况下冲动是由窦房结产生、发出的，而且窦房结部位在这一过程中也产生电位变化，但这种电位变化很小，普通的心电图机不可能探测到并记录下来。因此，只有当左右心房除极时才表现出P波。由于心房心肌薄，所以产生的电位变化也就较小，一般P波的高度不大于0.25mV。由于窦房结发放冲动的位置大致固定，心房肌肉兴奋及传导的顺序也就基本不变，因此依据P波的形态可以判断心房兴奋是发自窦房结还是来自他处。来自窦房结冲动的P波在Ⅰ、Ⅱ、aVF导联直立，表示兴奋的顺序由窦房结向左下方向传导。如果有一位于左房下部的兴奋点控制心房，其顺序则与之相反，那么上述导联就出现倒置的P波。
P-R间期：心房兴奋传导至房室结区时，由于房室结传导兴奋的速度慢，有一延迟时间，在此时间内，心房已兴奋完毕，而心室尚未接到兴奋信号，房室结本身兴奋所产生的电位变化又很小，心电图难以描记到，所以出现一个基线平段，称为P-R段。待兴奋下传到心室后，心室兴奋可产生一组波群（QRS波或R波）。从P波开始至QRS波群开始，这一段时间称为P-R间期。正常成人P-R间期为0.12～0.20s，表示兴奋由心房至心室所需要的时间。如果PR超过正常上限，提示房室结存在传导阻滞。如果P-R间期过短，小于0.12s，提示心房的兴奋不是经过房室结这条路往下传的，可能有异常的通路存在，或者兴奋点不在心房，而是由异位兴奋点控制了心跳。
QRS波群：心室兴奋所产生的电位变化幅度大，是因为心室肌要比心房肌厚得多。由于心室兴奋经希氏束、束支、浦肯野纤维网再扩布到心室肌，其传导速度很快。对应于心室肌细胞动作电位的快速除极期（0相），同时心室传导不同于心房，加之心室立体结构较复杂，因此，心室除极产生的心电向量变化也很复杂，心电图上记录到的波形也就多变。为规范化，对波形的命名有一个统一的规定：第一个向下的波称为Q波，第一个向上的波称为R波，R波之后的向下的波称为S波。并不是每个导联上都有Q、R、S三个波同时出现，有的只有向上的R波（R型），有的只有一个向下的波称之为QS型。有的有两个波，则称为RS型或者QR型。心室兴奋的QRS波群形态复杂，因此，其正常标准也繁杂，而且每个导联都有不同的标准。简而言之，QRS间期，即QRS波群所占的时间代表心室兴奋传导和除极所需的总时间，正常成人为0.06～0.10s。如果这个时间延长，表示心室兴奋传导延缓或者心室壁肥厚。
ST段：心室兴奋完毕，处于一种除极状态，此时整个心脏表面不存在电位差，故又出现一个基线平段，对应于心室肌细胞动作电位中的平台期（2相），有时稍高于或低于基线。至于其上、下移的标准，各个导联不一，正常情况下，偏移一般不应大于0.05mV。
T波：心室除极之后经过一段短暂的时间，必须恢复到极化的状态，以保证再一次对兴奋刺激的反应性。从除极到复极的过程，就反映在T波上。通常T波与QRS波群主要波形的方向一致，即QRS主波在基线上，则T波也应直立；如QRS主波是倒置的，T波也多倒置。通常T波的高度不应少于R波的1/10。T波的异常变化，常反映心室的复极过程存在异常。