生理学,心肌生物电活.

第二节心脏的生物电活动和生理特性主要内容心肌细胞的分类心肌细胞的生物电现象心肌的生理特性心肌细胞普通心肌细胞（工作细胞）特殊心肌细胞心室肌心房肌窦房结细胞浦肯野细胞根据组织学和电生理学特点：(自律细胞)工作细胞（cardiacworkingcell）：①具有稳定的静息电位，无自动产生节律性兴奋的能力（无自律性）。②富含肌原纤维，主要功能是收缩和射血。③具有兴奋性、传导性和收缩性心肌工作细胞组织形态图自律细胞(rhythmiccell):①肌原纤维稀少，收缩性基本丧失②膜电位不稳定，具有自律性③具有兴奋性、传导性和自律性④主要功能是产生和传导兴奋，控制整个心脏的节律性活动窦房结:P细胞及过渡细胞房室结:房结区,结区,结希区房室束左束支右束支心脏的特殊传导系统组成和分布根据心肌细胞动作电位去极相速度及其不同产生机制：快反应细胞慢反应细胞心房肌细胞心室肌细胞浦肯野细胞窦房结P细胞房室结细胞一、心肌细胞的跨膜电位及其形成机制形成基础膜两侧离子分布不均不同情况离子通透性不同自律细胞工作细胞（一）工作细胞的跨膜电位及其形成机制1.静息电位人和哺乳动物心室肌细胞的静息电位约为-80～-90mv形成机制：内向整流IK1通道（内向整流钾通道的一种）引起K+外流，形成K+的平衡电位构成静息电位的主要成分。实际测得的静息电位是K+的平衡电位、少量Na+内流（钠背景电流）和生电性钠-钾泵（泵电流）活动的综合反映。2.动作电位骨骼肌细胞心室肌细胞呈不对称的“旗帜”状，由去极和复极二个过程组成。分期O（去极化期）1（快速复极初期）2（平台期）3（快速复极末期）4(静息期)⑴去极化过程（0期）电位变化：膜内电位由-80～-90mv上升到+30mv，除极时间短，仅1～2ms，除极幅度大，可达120mv，0期最大除极速度可达200～400v/s。外来刺激部分Na+通道(INa)激活，Na+少量内流膜部分去极化达到TP(-70mV)大量Na+通道开放，Na+大量内流膜进一步去极化（直至接近ENa）形成机制：再生性循环膜去极化Na+内流Na+电导增加再生性循环(regenerativecycle)Na+电导电压依赖性Na+通道激活快，失活快，为快通道0期去极化过程由快INa通道介导的动作电位称快反应动作电位。此Na+通道对河豚毒(tetrodotoxin,TTX)不敏感。TTX不能用作抗心律失常药物⑵复极过程复极过程历时200～300ms，包括三个阶段。1期（快速复极初期）膜电位由+30mv迅速下降到0mv左右，耗时约10ms。0期和1期图形表现尖锋状，故合称为锋电位。形成机制：快Na+通道失活+激活Ito通道(去极化到-30mv激活)↓K+一过性快速外流↓快速复极化（1期）2期（平台期）膜电位下降极缓慢，几乎停滞于接近零的等电位状态，形成平台。耗时约100ms～150ms，是心室肌细胞动作电位持续时间较长的主要原因，也是心室肌细胞动作电位的主要特征。形成机制：内向电流（主要是Ca2+内流）和外向电流（K+外流）同时存在。出现一种随时间推移而逐渐增强的微弱的净外向电流，导致膜电位缓慢复极。外向离子流：K+外流的减少心肌细胞0期除极使细胞膜上某种钾通道（Ik1）对K+通透性下降到只有原来的1/5，使K+外流大大降低（内向整流），使复极延长，是平台期较长的重要原因。Ik1通道的内向整流特性♣静息电位时，Ik1通道通透性大♣膜超极化且膜电位的负值大于Ik1平衡电位时，促进K+内流的电场力大于促外流的浓度势能，K+内流♣膜去极化时，Ik1通道的通透性降低，K+外流减少甚至停止Ik1通道对K+的通透性因膜的去极化而降低的现象称为内向整流机制：膜去极化时Ik1通道内口被细胞内的Mg2+和多胺（如腐胺、亚精胺、精胺）堵塞引起的另外，膜去极（至-40mv）使另一种K+通道（Ik）开放，使平台期K+外流从低水平开始慢慢增加（延迟整流钾流），膜逐渐复极化内向离子流：由Ca2+和少量的Na+负载，当膜去极化达-40mV时，激活膜上L型Ca2+通道，引起Ca2+缓慢而持久的内流；另有慢失活Na+电流，倾向于使膜去极化L型Ca2+通道(calciumchannel)：L型Ca2+通道的激活、失活及再复活所需时间均长于Na+通道，又称为慢通道。L型Ca2+通道可被Mn2+和其他Ca2+通道阻断剂如维拉帕米所阻断。L型Ca2+通道允许Ca2+、Na+通过平台期早期：Ca2+内流和K+外流所负载的跨膜正电荷量相当，跨膜电位稳定于0mV。平台期晚期：Ca2+通道逐渐失活，K+外流（Ik）逐渐增加，膜电位逐渐下降3期（快速复极末期）平台期后，复极加速，膜电位由0mv较快地下降到-90mv，完成复极化，耗时约100ms～150ms。形成机制：Ca2+内流停止，K+外流L型Ca2+通道失活，内向离子流停止，外向K+流（IK）增加3期末Ik1也参与，复极加快膜内电位愈负，Ik1的内向整流作用愈小，K+外流愈快（再生性复极）4期(静息期或电舒张期）泵出Na+和Ca2+，泵入K+Na+-K+泵：泵出Na+，泵入K+(3:2)Na+-Ca2+交换体：将3个Na+转入胞内的同时，将1个Ca2+转出细胞（3:1）。Ca2+泵:少量Ca2+通过Ca2+泵排出心室肌细胞动作电位形成机制SodiumchannelPotassiumchannelCalciumchannel总结0期去极化期-90mV~+30mV1期快速复极初期+30mV~0mV2期平台期０mV3期快速复极末期0mV~-90mV4期静息期-90mV心室肌细胞（快反应）AP离子机制0期Na+内流（快Na+通道）1期K+外流（Ito通道）2期Ca2+内流（L型Ca2+通道）K+外流（Ik1和IK）处于平衡3期Ca2+内流停止，K+外流（Ik1和IK）4期离子恢复（Na+-K+泵、Na+-Ca2+交换体、Ca2+泵）(二)自律细胞的跨膜电位及形成机制自律细胞与工作细胞的最大区别是在4期发生自动去极化过程，这是自律细胞产生自动节律性兴奋的基础。4期自动去极化是由进行性的净内向电流引起。1.窦房结P细胞（1）动作电位的形成机制①去极化过程(0期)：-40mv至0~+15mv当4期自动去极化达到阈电位→激活L型Ca2+通道(ICa-L)，Ca2+内流，引起0期去极化L型Ca2+通道激活和失活较慢（慢反应细胞）②复极化过程(3期)：0mv~-70mvL型Ca2+通道渐失活,Ca2+内流渐↓；IK通道被激活，K+外流并且逐渐↑，膜逐渐复极并达最大复极电位。③4期自动去极化：-70mv～-40mv：由“净内向电流”引起。其主要成份为：Ik电流进行性衰减：复极化接近最大复极电位时Ik通道去激活关闭，K+外流进行性衰减，是窦房结4期自动除极的重要离子基础之一。进行性增强的内向离子流If（主要是Na+流）If为细胞膜向复极化或超极化方向变化激活的离子流，最大激活电位为-100mv，不同于0期去极的钠流。所起作用不大。T型钙通道（ICa-T）的激活和钙内流是4期自动去极化后期的一个组成成分4期自动去极化到-50mV，T型钙通道激活开放，少量钙离子内流窦房结细胞上的两类钙通道：L(longlasting)型钙通道：引起0期除极的慢通道，其阈电位在-40mV，儿茶酚胺对其有调控作用T(transient)型钙通道：参与4期自动除极的钙通道，其阈电位在-50mv，不受儿茶酚胺调控，可被镍阻断。Ca++内流↑Ca++内流↑Ca++内流↑（2）窦房结P细胞动作电位特点：①0期去极化幅度小，时程长，速率慢②由0、3、4期组成，无1期和2期③3期复极化，膜电位最低下降到-70mv,称为最大复极电位④4期不稳定，能自动去极化特点：（1）0期去极化速度快，幅度大。（2）4期自动去极化速度比窦房结细胞的慢，故自律性低。2.浦肯野细胞4期自动去极化机制:①逐渐衰减的外向K+流（IK）--作用小②随时间而逐渐增强的起搏电流（If）。If是主要由Na+负载的内向电流（复极化至-60mv激活开放）--起主要作用二、心肌的生理特性心肌细胞具有四种基本生理特性兴奋性自律性传导性收缩性以胞质内收缩蛋白的功能活动为基础机械特性电生理特性以细胞的生物电为基础（一）兴奋性（excitability）心肌细胞的兴奋性也表现为受刺激后产生动作电位的能力，其兴奋性的高低通常用刺激阈值来衡量。1.影响兴奋性的因素（1）静息电位或最大复极电位水平RP↑→距阈电位远→阈值↑→兴奋性↓RP↓→距阈电位近→阈值↓→兴奋性↑（2）阈电位水平（为少见的原因）上移→RP距阈电位远→阈值↑→兴奋性↓下移→RP距阈电位近→阈值↓→兴奋性↑静息电位的影响阈电位的影响静息电位与阈电位差值大，兴奋性↓；差值小，兴奋性↑。细胞外[k+]升高时，细胞的兴奋性呈双向变化：轻度升高：静息膜电位轻度减小，兴奋性升高重度高钾：膜电位显著减小，部分钠通道失活(阈电位上移)，兴奋性降低（3）引起0期去极化的离子通道性状有关闭态、激活态、失活态三种状态，三种状态的变化取决于当时的膜电位水平和有关的时间过程。通道的功能状态具有电压依赖性和时间依赖性。心肌细胞膜上Na+通道的不同状态关闭态膜电位处于静息电位(-90mv)水平时，Na+通道处于关闭状态。此时Na+通道是关闭的，但可被激活。激活态膜电位去极化达到阈电位水平时，大量Na+通道处于激活态而开放，大量Na+内流，激活历时1ms失活态Na+通道激活后迅速失活关闭。此时Na+通道关闭，不能被再次激活，只有在膜电位恢复到RP时才完全恢复到关闭态。完全备用→失活→复活→基本备用↓↓↓↓兴奋性正常兴奋性无兴奋性低兴奋性高Na+通道是否处于关闭状态，是快反应心肌细胞在该时刻是否具有兴奋性的前提。在静息状态下，Na+通道的功能状态主要取决于静息电位的水平。在慢反应细胞，细胞的兴奋性取决于L-型钙通道的功能状态，L-型钙通道的激活、失活和复活的速度均较慢，其复活过程需待膜电位完全复极后才开始2.兴奋性的周期性变化（1）有效不应期(effectiverefractoryperiod)①绝对不应期：0期开始~复极-55mv对任何刺激心肌细胞均不起任何反应，即此期内兴奋性等于零，称绝对不应期。原因：钠通道处于完全失活态。②局部反应期：复极-55mv～-60mv给予强大刺激可使膜发生部分除极或局部兴奋，但不能爆发动作电位。原因：钠通道刚开始复活，大部分钠通道还没有恢复到关闭态。从除极开始至复极达-60mV，不能产生动作电位的时期，称为有效不应期。局部反应期（2）相对不应期(relativerefractoryperiod)复极-60mv～-80mv内，用高于正常阈值的强刺激可引起AP，兴奋性小于正常。原因：大部分钠通道已渐复活至关闭状态，但仍未恢复正常开放能力。相对不应期（3）超常期(supranormalperiod)复极-80mv～-90mv内，用低于正常阈值的刺激就可引起AP，兴奋性大于正常。原因：钠通道已基本复活到关闭态，但膜电位靠近阈电位，故所需的刺激阈值小于正常值。超常期心室肌兴奋性的周期性变化周期变化对应位置机制新AP产生能力有效不应期去极相→复极相-60mV兴奋性为0绝对不应期：↓Na+通道处于不能产生AP-55mV完全失活状态局部反应期：↓Na+通道-60mV刚开始复活相对不应期↓Na+通道能产生AP-80mV大部复活(兴奋性﹤正常）超常期↓Na+通道基本能产生AP-90mV恢复到备用态(兴奋性﹥正常）在相对不应期或超常期引出的动作电位，其0期去极化幅度和速率均低于正常，这种动作电位的传播速度较慢，易成为心律失常的原因之一。3.兴奋性的周期性变化与心肌收缩活动的关系(1)不发生完全强直收缩由于心肌细胞兴奋后的有效不应期特别长(200ms)，相当于机械收缩的整个收缩期加舒张早期。生理意义：心肌活动不会向骨骼肌那样出现强直收缩，而是始终作收缩-舒张交替活动，即射血前有充盈血液的过程，保证泵血功能实现。(2)期前收缩与代偿间歇正常心脏按窦房结发出的兴奋进行节律性的收缩活动，称为窦性心律。如果在心室