心臟周圍的組織和體液都能導(dǎo)電，因此可將人體看成為一個(gè)具有長、寬、厚三度空間的容積導(dǎo)體。心臟好比電源，無數(shù)心肌細(xì)胞動作電位變化的總和可以傳導(dǎo)并反映到體表。在體表很多點(diǎn)之間存在著電位差，也有很多點(diǎn)彼此之間無電位差是等電的。

心臟電活動按力學(xué)原理可歸結(jié)為一系列的瞬間心電綜合向量。在每一心動周期中，作空間環(huán)形運(yùn)動的軌跡構(gòu)成立體心電向量環(huán)。應(yīng)用陰極射線示波器在屏幕上具體看到的額面、橫面和側(cè)面心電圖向量環(huán)，則是立體向量環(huán)在相應(yīng)平面上的投影。心電圖上所記錄的電位變化是一系列瞬間心電綜合向量在不同導(dǎo)聯(lián)軸上的反映，也就是平面向量環(huán)在有關(guān)導(dǎo)聯(lián)軸上的再投影。投影所得電位的大小決定于瞬間心電綜合向量本身的大小及其與導(dǎo)聯(lián)軸的夾角關(guān)系。投影的方向和導(dǎo)聯(lián)軸方向一致時(shí)得正電位，相反時(shí)為負(fù)電位。用一定速度移行的記錄紙對這些投影加以連續(xù)描記，得到的就是心電圖的波形。心電圖波形在基線（等電位線）上下的升降，同向量環(huán)運(yùn)行的方向有關(guān)。和導(dǎo)聯(lián)軸方向一致時(shí)，在心電圖上投影得上升支，相反時(shí)得下降支。向量環(huán)上零點(diǎn)的投影即心電圖上的等電位線，該線的延長線將向量環(huán)分成兩個(gè)部分，它們分別投影為正波和負(fù)波。因此，心電圖與心向量圖有非常密切的關(guān)系。心電圖的長處是可以從不同平面的不同角度，利用比較簡單的波形、線段對復(fù)雜的立體心電向量環(huán)，就其投影加以定量和進(jìn)行時(shí)程上的分析。而心電向量圖學(xué)理論上的發(fā)展又進(jìn)一步豐富了心電圖學(xué)的內(nèi)容并使之更易理解。

心電圖代表整個(gè)心臟電激動的綜合過程，以一個(gè)個(gè)心肌細(xì)胞的電激動為基礎(chǔ)，心肌激動時(shí)細(xì)胞內(nèi)發(fā)生電傳變化。心肌細(xì)胞在靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜外帶正電荷，膜內(nèi)帶同等數(shù)量的負(fù)電荷，心肌細(xì)胞在靜息狀態(tài)保持著細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差，這稱為極化狀態(tài)。若以微電極插入細(xì)胞內(nèi)，可錄得一個(gè)負(fù)電位，稱為跨膜靜息電位，靜息電位的形成主要是由于細(xì)胞膜對離子的通透性不同,膜內(nèi)外各種離子主要是K+、Na+的濃度存在很大差別，細(xì)胞內(nèi)k+濃度較細(xì)胞外約高20～30倍，而細(xì)胞外Na+濃度高于細(xì)胞內(nèi)10～20倍。細(xì)胞膜對 K+的通透性較高，于是一部分K+順著濃度梯度外流至膜外，增加了膜外正電荷膜內(nèi)的有機(jī)負(fù)離子（主要是蛋白質(zhì)大分子）有隨K+外流的傾向，但因分子大，不能通過膜而被阻滯于膜的內(nèi)表面。膜外正電的排斥作用和膜內(nèi)負(fù)電的吸引作用，使K+的繼續(xù)外流受阻而達(dá)到平衡時(shí)，在膜的兩側(cè)便形成極化狀態(tài)。不同類型的心肌纖維，靜息電位不同；快反應(yīng)纖維，如心室肌為-80～-90mV，慢反應(yīng)纖維，如竇房結(jié)則僅-40～-70mV 。 當(dāng)心肌細(xì)胞受到刺激（或自發(fā)地）而興奮時(shí)，細(xì)胞膜內(nèi)外的電位迅速變化。細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差在瞬間消失，細(xì)胞內(nèi)的電位由-90mV迅速變?yōu)?mV,乃至+20～+30mV。也就是說極化狀態(tài)消失，這過程稱為除極過程。以心室肌為例，膜電位從靜息時(shí)的-80～-90mV降至-60～-70mV的閾電位水平，即迅速開始除極。隨后細(xì)胞內(nèi)又逐漸恢復(fù)其負(fù)電位，這過程稱為復(fù)極。由除極至復(fù)極，膜內(nèi)電位由負(fù)變正及又回至靜息電位的一系列電位變化稱為跨膜動作電位?？僧嫵梢粭l曲線,分成為5個(gè)時(shí)相。圖1及表1示心室肌的動作電位與經(jīng)膜離子流及體表心電圖的關(guān)系。

1．2及 3位相是代謝過程，此階段膜內(nèi)電位恢復(fù)到-90mV,這一過程稱為復(fù)極，但此時(shí)膜內(nèi)外離子分布尚未恢復(fù)到靜息狀態(tài)水平，最后鈉—鉀泵的轉(zhuǎn)移作用使內(nèi)外各種離子又恢復(fù)到靜息狀態(tài)。在 4倍相非自律性細(xì)胞穩(wěn)定于靜息狀態(tài)水平，其動作電位呈水平線；而具有自律性的心肌細(xì)胞Ca2+慢通道開放，Ca2+穩(wěn)定地內(nèi)流，使膜電位逐漸移向正電位水平，其動作電位呈向上的斜線，這又稱4位相自發(fā)性除極，當(dāng)達(dá)到閾電位時(shí),便激發(fā)Ca2+慢通道開放，Ca2+迅速內(nèi)流而致0位相除極。此即心臟自律性的機(jī)制，由于竇房結(jié)的4位相相除極速度最快，故正常人竇房結(jié)發(fā)放沖動激動心臟。

根據(jù)動作電位的形態(tài)和電生理特點(diǎn)，心肌細(xì)胞可分為兩大類：快反應(yīng)細(xì)胞與慢反應(yīng)細(xì)胞。在靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜外任何兩點(diǎn)間電位都相等，沒有電位差，當(dāng)心肌細(xì)胞甲側(cè)受到刺激開始除極時(shí)，膜外帶負(fù)電荷鄰接的未除極部分仍帶正電荷，前者稱為電穴，后者稱為電源,合稱電偶。電穴與電源間形成電位差，產(chǎn)生電流，電流不斷地由電源流向電穴，隨后電源部分也開始除極而變成它前方尚未除極部分的電穴；這個(gè)程序如此擴(kuò)展，直至整個(gè)細(xì)胞及心臟完全除極。除極過程可看成一組電偶沿著細(xì)胞膜不斷向前移動,其電源(+)在前，電穴(-)在后，除極完畢后,整個(gè)細(xì)胞呈極化狀態(tài)逆轉(zhuǎn)，膜內(nèi)帶正電荷，膜外帶負(fù)電荷，繼之復(fù)極化。復(fù)極過程首先從除極的部分開始，先復(fù)極部分膜外獲得陽離子，這使該處的電位高于前面尚未復(fù)極的部分，于是形成一組電穴在前，電源在后的電偶，這組電偶不斷前進(jìn)，直至整個(gè)心肌細(xì)胞復(fù)極完畢。

人體的體液中含有電解質(zhì)，具有導(dǎo)電性能，因此人體也是一種容積導(dǎo)體，這樣在人體內(nèi)及體表均有電流自心電偶的正極流入負(fù)極，形成一個(gè)心電場?？赏ㄟ^心電偶中心的垂直于電偶軸的零電位面把心電場分為正、負(fù)電位區(qū)。心電場在人體表面分布的電位就是體表電位。心電圖機(jī)將此體表電位的電信號放大及按心臟激動的時(shí)間順序記錄下來，即為心電圖。探查電極面對除極電偶的正極則錄出正波，面對負(fù)極錄出負(fù)波(圖3)。電極越靠近心電偶軸,則電位的絕對值越高，波形越大。每一次心臟搏動場包括收縮和舒張，稱為一個(gè)心動周期，相應(yīng)的心電活動包括除極和復(fù)極，成為一個(gè)心電周期。

心電向量與心電圖正常心臟激動發(fā)源于右心房上部，上腔靜脈入口處的竇房結(jié)，激動通過傳導(dǎo)系統(tǒng)依次傳遞至心房、心室各部，使之除極和復(fù)極。心臟是一個(gè)立體腦器，其各部位的電激動的傳導(dǎo)有方向性，且其量的大小不同，這稱為向量。在同一瞬間，心肌內(nèi)有許多駛向各個(gè)方向的電偶，向量綜合法用平行四邊形的對角線代表一個(gè)瞬間的綜合心電向量，在一個(gè)心電周期中，瞬間綜合心電向量在不斷變動，這樣形成一個(gè)向量環(huán)：心房除極和心室除極分別拼成P向量環(huán)及QRS向量環(huán)；心室復(fù)極構(gòu)成T向量環(huán)。這種立體的向量圖(VCG)稱為空間心電向量，其在額面、矢狀面及水平面的投影，構(gòu)成平面心電向量圖，臨床應(yīng)用較少。平面心電向量圖在各心電圖導(dǎo)聯(lián)軸上的投影便構(gòu)成心電圖，后者在臨床廣為應(yīng)用。