1、蔡任圃(民101)。心電圖與心音在心動週期中的時程關係。科學月刊，507，236-238。 1 心電圖與心音在心動週期中的時程關係 (本文之圖二與圖五於正式刊登時刪除以求精簡) 台北市立中山女高 蔡任圃 一、前言 高中生物課程中，高三第五章第二節的主題為動物體內的運輸，課程中的一個重要內容為心動週期(cardiac cycle)，也就是心臟搏動的運動週期。教科書在介紹心動週期時，常一併介紹了心電圖的波形與心音的產生；而描述心電圖中各波型的意義時，常描述如下：透過皮膚表面偵測心肌電位的週期性變化，所繪製之電位變化圖形稱為心電圖(圖一)；心電圖包含P波、QRS複合波與T波等，其中P波代表心房收縮的
2、電位(心房的去極化)，QRS波代表心室收縮的電位(心室的去極化)，T波代表心室舒張的電位(心室的再極化)。根據上述的描述，許多教師將P波時期視為心房收縮期間，QRS複合波時期視為心房舒張與心室收縮期間，而T波時期視為心室舒張期間(圖二)，事實上，如此的描述並非正確。本文擬探討心動週期與心電圖之間的時程關係，也將討論心音產生的機制與時間。 圖一 心電圖中各波形所代表的生理意義。P波代表心房發生去極化，QRS複合波代表心室發生去極化，T波代表心室發生再極化。 圖二 部分教師講述之心電圖中各波形相對於心動週期各時期的關係圖，但此圖中的關係並不正確。 錯誤！ 蔡任圃(民101)。心電圖與心音在心動週期
3、中的時程關係。科學月刊，507，236-238。 2 二、心電圖與心動週期的關係 心房與心室的心肌發生去極化的同時，其肌肉壁尚未產生收縮運動，而是在去極化”之後”才發生肌肉壁收縮的運動(圖三)。換句話說，心房壁收縮的運動發生於心電圖中P波(心房去極化)結束之後，而心室壁收縮的運動發生於心電圖中R波(心室去極化)之後，其中心室壁收縮的運動可分為等體積收縮期(isovolumic ventricular contraction)與射血期(ventricular ejection)兩個階段，後者發生於QRS複合波結束之後。同理，心室的舒張發生在T波(心室再極化)結束之後，而心室壁舒張的運動亦可分為等
4、體積舒張(isovolumic ventricular relaxation)、快速充填(rapid ventricular filling)與舒張後期(diastasis或resting phase)三個階段。 前文所描述之部分教師所教授的心動週期(圖二)，錯誤之處在於認為去極化的當下即為肌肉壁收縮之時與再極化的當下即為肌肉壁舒張之時，而未考慮兩生理現象之間的時間差，而直接將教科書中的描述與附圖做出錯誤的詮釋。 圖三 心電圖與心動週期的時程關係示意圖。壓力週期中最粗的曲線分別代表左心室與右心室的壓力變化。IVC代表等體積收縮，IVR代表等體積舒張。 (a)心臟左側的情形。(b)心臟右側的情形
5、。 (a) (b) 蔡任圃(民101)。心電圖與心音在心動週期中的時程關係。科學月刊，507，236-238。 3 三、心室的等體積收縮與等體積舒張 心臟的收縮與舒張，各包含一段等體積收縮與等體積舒張，即在此段期間內，心室之容積無明顯的增或減(可見圖三心室容積變化曲線圖中，標示IVC與IVR的時段)，此時肌肉壁所產生的能量轉換成心室內腔的壓力；換句話說，在等體積收縮與等體積舒張時，心室內腔壓力分別明顯地增加與降低，同時心室容積無明顯變化(圖四)；而在其他時期中(例如：射血期與快速充填期)，則是容積明顯地改變，使血液大量噴出或流入心室，而壓力無顯著變化。 圖四 心動週期中左心室壓力與容積變化示意
6、圖。 1 4 依序為心動週期之四個事件： 1 、2 、3 、4 分別代表二尖瓣開啟、二尖瓣關閉、半月瓣開啟、半月瓣關閉 1 至2 為心室充填(容積明顯增加，壓力無明顯改變) 2 至3 為心室等體積收縮(壓力明顯增加，容積無明顯改變) 3 至4 為心室射血(容積明顯減少，壓力輕微增加) 4 至1 為心室等體積舒張(壓力明顯減少，容積無明顯改變) 四、心音產生的機制與時程 心臟瓣膜關閉後可因血液回流衝擊瓣膜與心臟壁或動脈壁產生震動，而發出心音(heart sound)，因此心音產生的時間與心臟瓣膜關閉的時間直接相關。許多教師在教授心音產生的時程時，常以心室開始收縮時與心室開始舒張時闡述第一心音與第
7、二心音產生的時間。若師生將此關係套用於錯誤的心電圖-心動週期關係(圖二)，常推論出第一心音與第二心音分別發生於心電圖中Q波前與T波前(圖五)；由於心電圖-心動週期關係的認知錯誤，所闡述之心音產生時程亦跟著錯誤。 蔡任圃(民101)。心電圖與心音在心動週期中的時程關係。科學月刊，507，236-238。 4 圖五 常見之配合心電圖闡述心音所產生的時程，但此圖中心音所發生的時間並不正確。 心臟瓣膜關閉的時機雖與心室收縮或舒張的時機有關，但主要是受心房心室壓力差與心室動脈壓力差所左右，例如圖六中4 與2，分別代表左心室壓力大於左心房與左心室壓力小於主動脈的時機，也分別就是二尖瓣與半月瓣關閉的時間(即
8、第一與第二心音發生的時機)。另一方面，等體積收縮或等體積舒張的前提，是心室需為閉鎖狀態，方可使心臟壁舒張或收縮的初期，產生壓力的變化而非容積的變化；因此，必先發生瓣膜的閉鎖，心室方可進入等體積收縮或等體積舒張期，包含房室瓣關閉後心室隨即進入等體積收縮期，而半月瓣關閉後心室隨即進入等體積舒張期。由於心臟瓣膜關閉所產生的心音可持續一陣子(第一心音0.1050.165秒；第二心音0.0850.145 秒)，故心音延續的時間幾乎橫跨了心室等體積收縮或等體積舒張的期間(圖六)。 錯誤！ 蔡任圃(民101)。心電圖與心音在心動週期中的時程關係。科學月刊，507，236-238。 5 圖六 心動週期中，心電圖、心室壓力與心音的時程示意圖。圖中1 4 之時間即為圖四中1 4 之事件所發生之時機。IVC代表等體積收縮，IVR代表等體積舒張。 五、第三與第四心音 除了教科書上所介紹的第一與第二心音外，心音還包含能量較弱而不易聽取的第三與第四心音(圖六)。第一與第二心音分別是因房室瓣與半月瓣關閉時，血液逆流衝擊瓣膜所造成的振動；而第三心音(約持續0.1秒)是心室充填至某種程度時，心室壁產生振動所致；而第四心音(約持續0.03秒)是心房收縮時，血液流入心室時造成心壁與瓣膜的震動所致。第三、第四心音在一般正常人身上不易偵測，通常只發生於老化與病態的心臟，因此可做為心臟相關疾病的診斷工具。
