心律失常的电生理基础.

第五届复杂、疑难心电图学习班讲稿青岛大学医学院附属医院陈清启教授（2010年7月30-8月3日青岛）心律失常电生理学基础及常见心电现象青岛大学医学院附属医院陈清启教授一、心脏电生理学基础复习心脏的机能主要是泵血，从而推动血液循环。其所以有泵血功能，除心肌的形态结构外，还有以电活动为基础的兴奋机能和以机械活动为基础的收缩机能。心脏的兴奋机能以心肌细胞的电变化为基础，形成兴奋性、自律性、传导性等电生理特性，表现为兴奋在心脏内的发生和传导，称为心脏电生理。近40多年来，由于电生理和微电极技术的发展，已从细胞、亚细胞或分子生物学水平作了比较深入的研究，使我们对心电图产生的基础有了比较明确的认识。（一）心肌细胞的生物电现象1.心肌细胞生物电产生的基础心肌细胞的生物电现象产生的基础是：①细胞膜两侧带电离子不均匀分布(表－1)；②细胞膜在不同情况下对离子选择通透性的变化，造成选择性离子跨膜移动。而离子的跨膜移动主要受下列四种因素的控制：即①细胞膜对离子的通透性；②细胞膜内外的电位梯度(电位差)；③细胞膜内外离子的化学梯度(浓度差)；④钠－钾泵机能。（二）静息电位静息电位的产生：如用一台灵敏的电测量仪器的两个微电极-------(图－1)，见下一张幻灯片！图－1心肌细胞的膜电位（1）两个微电极都放置在细胞外，在电极之间没有电位差别，电位线在0水平。（2）将一个微电极插入细胞内，可以记录到细胞内外的电位差别，当细胞在静止期细胞内的电位为-90mV。（3）当细胞激动时，出现快速除极的上升相，与细胞外相比，细胞内的电位高达+30mV。（4）这一时间代表复极的终末部分，逐渐回复到静止期的膜电位水平。静息电位的形成原理？钾平衡电位----------------------浓差电势！由于细胞膜内外Na+、K+等离子分布的不均匀及膜对这些离子的通透性不同而引起。因为静息电位是K+外流所形成的平衡电位，主要取决于膜对K+的通透性和膜内外的K+的浓度差，故当细胞膜对K+的通透降低或细胞外K+度降低时，均可称静息电位减小。(三)动作电位动作电位是指细胞兴奋时发生的短暂而剧烈的膜电位波动过程。包括除极化和复极化两个过程。心肌细胞的动作电位分为五期（图-2）。图2-2心室肌细胞的动作电位曲线与细胞内外离子运动的关系（1）心电图（2）动作电位曲线（3）细胞内外离子运动（4）离子通透性（四）心肌细胞及其电活动类型1.心肌细胞2.心肌细胞膜上的离子通道3.心肌细胞的电活动类型1.心肌细胞的分类心肌细胞的类型：1.根据心肌细胞的组织学特点、电生理特性的不同，可将其分为：工作细胞自律细胞。2.根据心肌细胞生物电活动特征，特别是动作电位“0”时相除极化速度的不同及自律性的有无，可分为：快反应自律细胞、快反应非自律细胞、慢反应自律细胞慢反应非自律细胞。3.根据解剖、组织学特点、生理特性及功能区别等，可综合分为六大类。①优先起搏细胞；②潜在起搏细胞；③过渡型细胞；④心房肌细胞；⑤心室肌细胞；⑥浦肯野细胞。2.心肌细胞膜上的离子通道目前已发现心肌细胞膜上有10种以上的离子通道，主要有：钠通道氯通道钾通道钙通道T型钙通道X通道等3.心肌细胞的电活动类型根据心肌细胞的电活动特性，分为：快反应细胞(纤维)慢反应细胞(纤维)。(1)快反应细胞(纤维)与快反应电位1.概念：心房、心室的普通肌细胞、结间束、房室束、房室束支和浦肯野纤维在电生理特性上，其动作电位“0”时相的上升速度较高，因而能以每秒0.5～5m的速度传递激动，这些肌细胞(纤维)称为心脏的快反应细胞(纤维)，其动作电位呈快速除极化，称快反应电位。2.电生理特点：1)静息电位较大，均在-80～－90mV之间；2)阈电位相仿，在-60～－70mV水平；3)动作电位“0”时相上升速率较高，如浦肯野纤维可高达1000伏·秒，且有明显的超射现象；4)动作电位的振幅较大，膜电位可由-80～－90mV迅速上升至+25～+35mV；5)激动的传导速度快，每秒0.5～5.0m，且易向邻近细胞传布，一般不易受阻，故传导安全度较高；6)兴奋性和传导性的恢复较快，在复极尚未完全结束之前即可恢复。(2)慢反应细胞(纤维)及慢反应电位1.概念;窦房结、房室结、房室环、二尖瓣和三尖瓣的瓣叶，其动作电位“0”时相的上叶速率较低，以每秒0.01～0.1m的缓慢速度传导激动，称为慢反应细胞(纤维)，其动作电位称为慢反应电位。2.电生理特性不同1)静息电位较低，在-60～－70mV水平；2)阈电位为-30～－40mV；3)动作电位“0”时相上升速率较低(13V/s)，幅度为40～60mV，超射不明显；4)动作电位的幅度较低，膜电位仅可升至0～+15mV；5)传导速度慢，只有5cm/s，易发生传导阻滞，安全度较低，易致心律失常；6)兴奋性和传导性的完全恢复很慢，要在复极结束后稍长时间方能出现表-1快、慢反应细胞的差别──────────────────────────电生理特性快反应细胞电位慢反应细胞电位──────────────────────────────激活与失活快慢主要离子活动Na+Ca2+阻滞其活动的药剂河豚毒素异搏停激活阈值-60～－70mV约-40mV静止膜电位或最大舒张期电位-85～－90mV-50～70mV传导激动速度0.5～3m/s0.01～0.1m/s“0”时相超射+15～+30mV0～+15mV“0”时相最高除极化速度100～1000V/s1～10V/s动作电位幅度100～120mV40～55mV与心肌纤维类型关系心房、心室肌及传导组织窦房结、房室细胞、纤维结心肌起搏细胞────────────────────────────图2-4快速反应和缓慢反应细胞兴奋性的恢复阴影区域代表除极后的不应期，从（1）图可以看出，当细胞复极至-60mV时阈上刺激可激发出又一个动作电位，相反从（2）图可以看出其不应期较（1）图明显延长，直到已到达最大舒张期电位后很长时间，方能激发出另一个动作电位（五）自律心肌细胞膜电位及其形成机制本文以浦肯野细胞和窦房结细胞为代表介绍其膜电位及其形成机制。1.浦肯野细胞浦肯野细胞“4”时相膜电位是不稳定的，而呈现自动除极化过程。其机制：原以为是由于“4”时相中K+外向电流所致。Noble等(1968)称这一逐渐减少的K+电流为iK2，也称起搏电流。近年来Difrancesco(1981)发现浦肯野细胞“4”时相自动除极化与一种Na+内向电流不断增强有关，并称这种Na+内向电流为Na+内向起搏电流(If)，同时证明Neble等所提出的iK2是实验伪差，并非一种离子电流。If与Na+内向电流不同，它在浦肯野细胞动作电位复极到-60mV时左开始激活，激活程度随复极化的进行而增大，至-100mV时充分激活，由于If逐渐增大，使“4”时相中膜逐步除极化，当达到阈电位时，便产生一个自动兴奋。2.窦房结优先起搏细胞的膜电位及其形成机制K+外流进行行衰减是其“4”时相自动除极的重要离子基础，If内向离子流和非特异性缓慢内向电流(Isi-2)均参与作用。（六）心肌细胞的电生理特性1.自律性2.兴奋性3.传导性1.自律性自律性(Autorhythmicity)是指心肌自律细胞能依靠本身内在的变化而自发有节律地发生兴奋的性能，它包括自动性和节律性两个方面。自动性即心肌自律细胞在脱离神经支配的情况下，通过其本身内在的变化而能自发兴奋的机能；节律性多指心肌细胞能有节律地发生兴奋的性能。(1)心肌细胞自律性和各自律组织的相互关系正常情况下窦房结的自律性最高，每分钟能兴奋100次左右，向外依次逐渐降低，房室交界区每分钟兴奋50次，浦肯野纤维每分钟兴奋25次等。心脏内自律性最高的组织往往决定整个心脏的兴奋节律，机制为：①抢先占领或夺获；②超速抑制。(2)自律性的形成原理“4”时相(舒张期)自动除极化。(3)自律性高低的决定因素主要决定于：见下图：①“4”时相(舒张期)自动除极化的速度；②最大舒张电位水平；③阈电位水平，其中以“4”时相自动除极化速度最为重要。图-3心肌细胞自律性高低的决定因素（1）“4”时相自动除极化的速度(2）最大舒张电位水平（3）阈电位水平(4)影响正常自律性的因素①自主神经及其介质；②电解质及其拮抗剂；③酸硷平衡；④缺血、缺氧；⑤其他如温度、甲状腺素等。2.兴奋性兴奋是指细胞受外来刺激或由内在变化而发生的膜除极化现象。一般所说的“兴奋”是指膜发生全面除极化而形成动作电位的“扩布性兴奋”，亦称“冲动”或“激动”。兴奋性(Excitability)是指心肌细胞对适当刺激能发生兴奋，即产生动作电位的特性。正常情况下，心脏内的窦房结是通过本身内在变化而发生兴奋，其余部位则是由于窦房结传导的兴奋作为刺激而发生兴奋。刺激的作用在于使膜部分除极化而达到一种临界水平—阈电位(心室肌细胞约为-70mV)。当达到阈电位时，膜的快通道激活开放，Na+迅速内流，使膜全面除极化而发生兴奋。凡能使膜达到阈电位而发生兴奋的最小刺激，称为“阈刺激”，可以作为衡量兴奋性的指标。(1)兴奋性的周期变化细胞兴奋后，其兴奋性发生一系列变化，这种变化在快反应细胞是“电位依从性”的，在慢反应细胞是“时间依从性”的。现以快反应心室肌细胞为例，根据心肌应激的不同表现，分为下列时期(图2-8)。①绝对不应期；②有效不应期；③相对不应期；④易颤期；⑤超常期；⑥正常应激期；⑦全不应期。一般来说，动作电位和不应期是平行的，且与心率有关。心率加快，不应期缩短，心率减慢，不应期随之延长。有效不应期缩短，期前兴奋和兴奋折返发生的机会增多，易于形成心律失常。有效不应期延长，期前兴奋和兴奋折返的发生机会减少，而且期前兴奋即使发生，因其发生的膜电位增大，传导加快，可以消除传导阻滞和兴奋折返，制止心律失常的发生。因此，在动作电位时间内有效不应期相对延长有抗心律失常作用。图-4心肌兴奋性的成分分期ARP绝对不应期SNP．超常期ERP．有效不应期RRP．相对不应期TRP．全不应期NEP．正常应激期图-5心肌兴奋性的周期变化(2)兴奋性的决定因素心肌细胞的兴奋性决定于：静息电位水平、阈电位水平离子通道的性状影响兴奋性的因素（1）静息电位的水平（2）阈电位水平图--6影响兴奋性的因素（1）静息电位的水平（2）阈电位水平(3)影响兴奋性的因素①自主神经及其性质②膜反应性③血钾浓度影响④血Ca2+的影响⑤钠离子影响。3.传导性传导性(Conductivity)是指兴奋或动作电位细胞膜不断向外扩布的特性。是由于已兴奋部位的心肌细胞膜内外两侧电位暂时倒转，内正外负，而相邻心肌细胞仍处于内负外正的静息电位，这样在已兴奋区和静息区之间出现了电位差，而产生电荷移动，形成局部电流。局部电流使邻接静息区的膜除极化，当除极化达到阈电位水平时，便产生动作电位，这样的过程在膜上连续发生，兴奋沿细胞膜传导。心脏传导系统和心肌组织都有传导性，但其传导性或传导速度都有很大差别：心房肌传导速度为1000mm/s，希氏束为1000~1500mm/s。心肌细胞的传导速度取决于：心肌细胞的形态、结构和反应特征。直径粗，横断面积大，传导速度快，反之则慢。与传导有关的因素有：（1）动作电位0位相除极速度0位相除极速度愈大，电位上升的幅度愈大，使周围未除极部分达以阈电位所需的时间愈短，传导速度愈快；反之则慢。（2）动作电位振幅振幅愈高，传导速度愈快。（3）阈电位水平阈电位水平降低，由静息电位上升于阈电位所需时间缩短，加上降极开始膜电位大，动作电位幅度及0位盯上升速度也大，故传导快，反之则减慢。（4）静息膜电位水平静息膜电位水平负值增大，传导速度增快，反之则减慢。（（5）4相除极速度如4相降极速度过快，则膜电位速变小，影响传导功能。由这机理传导延缓或中断，称为4相传导阻滞。（6）2相、3相持续时间如2相、