心肌细胞的电生理特性

心肌细胞的电生理特性北京大学人民医院王立群心肌细胞的电生理特性兴奋性excitability自律性autorhythmicity传导性contuctivity（一）心肌细胞的兴奋性兴奋性——细胞在受到刺激时产生兴奋的能力。（动作电位）动作电位阈电位静息电位动作电位阈电位静息电位1.影响心肌细胞兴奋性的影响因素兴奋性的高低用刺激的阈值来表示。阈值高——兴奋性低阈值低——兴奋性高细胞兴奋包括两个过程：从静息电位去极化达到阈电位Na+（Ca++）通道激活产生0相去极化，形成动作电位影响这两个过程的因素都会影响细胞的兴奋性静息电位水平阈电位水平Na+/Ca++通道的状态阈电位静息电位（1）静息电位水平静息电位（或自律细胞的最大舒张电位）与阈电位之间的距离是决定刺激阈值的重要因素。在阈电位不变的情况下，静息电位增大（膜超极化），所需刺激阈值增大——兴奋性降低静息电位减小，所需刺激阈值减小——兴奋性升高阈电位静息电位在静息电位（RP）不变的情况下，阈电位水平降低，与RP间距减小所需刺激阈值减小——兴奋性升高阈电位水平升高，与RP间距增大所需刺激阈值增大——兴奋性降低（2）阈电位水平（3）Na+通道的状态：Na+通道的三种状态：激活、失活、备用静息电位－90mV备用阈电位－70mV激活除极-复极过程0mV~－55mV失活静息电位－90mV备用阈电位－70mV激活除极-复极过程0mV~－55mV禁用Na+通道处于何种状态，取决于当时膜电位水平和时间进程，即Na+通道的激活、失活和复活具有电压依从性和时间依从性。细胞膜上大部分Na+通道处于备用状态，（3）Na+通道的状态：是心肌细胞具有兴奋性的前提。当膜电位处于正常静息电位（－90mV）时，Na+通道处于备用状态，可在刺激作用下被激活。膜电位当膜电位从－90mV去极化达阈电位(－70mV)时，Na+通道几乎全部被激活膜电位去极化后Na+通道很快（数ms内）全部失活，处于失活状态的Na+通道不能再次被激活膜电位随着时间的推移，一直要等到膜电位复极重新达到-90mV时，Na+通道才全部恢复至备用状态。膜电位2.心肌细胞兴奋性的周期性变化（1）绝对不应期（2）有效不应期（3）相对不应期（4）超常期2.心肌细胞兴奋性的周期性变化（1）绝对不应期（2）有效不应期（3）相对不应期（4）超常期心肌细胞兴奋后不能立即产生第二次兴奋的特性——不应性2.心肌细胞兴奋性的周期性变化（1）绝对不应期（2）有效不应期（3）相对不应期（4）超常期不应性表现为可逆的、短暂的兴奋性缺失或极度下降（1）绝对不应期和有效不应期①绝对不应期：0相→3相的－55mV，兴奋性=0②有效不应期：在3相的－55mV→－60mV，兴奋性有所恢复，强刺激可以使局部膜产生较小的去极化，但不能形成动作电位（局部反应期）。从0相→－60mV刺激不产生AP—有效不应期膜电位绝对不应期有效不应期（1）绝对不应期和有效不应期①绝对不应期：0相→3相的－55mV，兴奋性=0②有效不应期：在3相的－55mV→－60mV，兴奋性有所恢复，强刺激可以使局部膜产生较小的去极化，但不能形成动作电位（局部反应期）。从0相→－60mV刺激不产生AP—有效不应期膜电位绝对不应期有效不应期有效不应期包括：绝对不应期与局部反应期（2）相对不应期当膜电位复极到－60→－80mV，用阈上强刺激才能产生动作电位此期产生的AP复极时程短，不应期亦短，易导致心律失常（3）超常期复极至膜电位－80→－90mV略低于正常阈值的刺激即可产生动作电位，兴奋性高于正常——超常期由于Na+通道开放能力仍未恢复正常，产生的动作电位的0相除极幅度和速度、兴奋传导的速度都低于正常超常期RRP-mV绝对不应期有效不应期相对不应期超常期（4）应激期复极过程完毕，膜电位恢复正常静息水平，兴奋性也恢复至正常水平3.兴奋性变化与心肌收缩活动的关系mV心肌有效不应期特别长(约200～300ms)，相当于心肌收缩活动的整个收缩期及舒张期早期。此期间，任何刺激均不发生兴奋和收缩。意义：心肌不发生完全强直收缩，保持心脏收缩与舒张交替的节律活动，使心脏泵血功能得以完成。心肌动作电位与张力骨骼肌动作电位与张力自律性的定义：在没有外来刺激的条件下，心肌能自动地、按一定节律发生兴奋的能力，称为自动节律性(auto-rhythmicity，简称自律性)。心肌的自律性起源于心肌细胞本身。（二）心肌细胞的自律性衡量自律性的指标：单位时间内自动产生兴奋的次数、规则性。1.心肌细胞自律性的等级生理情况下，心脏的自律性来源于特殊传导系统的自律细胞。病理情况下，非自律细胞的心房肌细胞和心室肌细胞也可能表现自律性。各部位的自律性有等级差别：窦房结最高（约100次/分）房室交界居中（约50次/分）希氏束、左右束支(约40次/分)浦肯野纤维最低（约25次/分）①正常起搏点：窦房结的自律性最高，心脏按窦房结的节律活动，。②潜在起搏点：窦房结以外的其他自律组织并不表现出其自身的自律性，只起兴奋传导作用，故称之为潜在起搏点。2.心脏的起搏点正常情况下:心脏整体只能由一个起搏点主宰窦房结（正常起搏点）控制心律的机制抢先占领（preoccupation)：窦房结兴奋驱动→潜在起搏点的兴奋不易出现。超速驱动抑制（overdriesuppression):长期超速驱动→潜在起搏点被抑制窦房结驱动中断→潜在起搏点恢复自身节律①窦性心律：由窦房结为起搏点的心脏节律性活动②异位心律：以窦房结以外的部位为起搏点的心脏节律性活动阈电位3.影响自律性的因素凡是具有4相自动除极特性的细胞称为自律细胞4相自动除极速度最大舒张电位水平阈电位水平阈电位3.影响自律性的因素自律细胞复极4相所达到的最大膜电位称为最大复极电位（或最大舒张电位）4相自动除极速度最大舒张电位水平阈电位水平（1）4相自动除极速度4相自动除极速度快→到达阈电位时间短→自律性↑4相自动除极速度慢→到达阈电位时间长→自律性↓β受体激活：内向电流If↑，4相自动除极加快，自律性升高，HR↑。最大舒张电位上移→到达阈电位时间短→自律性↑（2）最大舒张电位最大舒张电位下移→到达阈电位时间长→自律性↓迷走神经兴奋：K+外流↑，最大舒张电位增大，自律性降低，心率↓。阈电位水平下移→自动除极达到阈电位快→自律性↑（3）阈电位水平阈电位水平上移→达到阈电位慢→自律性↓（三）心肌细胞的传导性心肌细胞某处发生兴奋后，“局部电流”能沿细胞膜扩布到整个细胞，而且可通过缝隙连接传布到相邻的心肌细胞，从而引起整块心肌兴奋，这种特性被称为心肌细胞的传导性。心肌细胞的结构窦房结闰盘桥粒线粒体细胞核缝隙连接心房与心室之间有纤维环相隔，所以整个心脏可以看成是心房、心室两个“功能合胞体”。心脏——功能性合胞体心肌细胞间闰盘上缝隙连接为低电阻通道，局部电流可以通过闰盘传到另一个心肌细胞，从而引起整块心肌的兴奋和收缩。所以心肌细胞在结构上虽然互相隔开，但在功能上却如同一个细胞，即心肌是功能性合胞体。1）心肌细胞间的直接电传递2）特殊传导系统的有序传播1.心脏内兴奋传导途径窦房结心房肌心房优势传导束房室交界希氏束左、右束支左、右心房浦肯野纤维网左、右心室0.4m/s0.06s0.02m/s0.1s2m/s4m/s1m/s0.06s1）房室交界区传导很慢(0.02m/s)，兴奋通过房室交界区的传导需延迟一段时间(0.1s)，称为房室延搁。2.心脏内兴奋传导的特点及意义生理意义：使心室在心房收缩之后才开始收缩，不会发生房室同时收缩重叠现象，保证心室血液充盈及泵血功能的完成缺点：易发生房室传导阻滞2）浦肯野纤维传导速度最快（4m/s）生理意义：保证心室同步兴奋和收缩，有利于心室射血。窦房结的兴奋传导心肌各部所需时间2.心脏内兴奋传导的特点及意义1.结构因素：兴奋传导速度与细胞直径呈正变关系。2.生理因素（1）动作电位0期除极速度和幅度0期除极速度快→局部电流形成快0期除极幅度大→与未兴奋部位→局部电流强之间的电位差大传导速度↑影响传导性的因素例:浦肯野细胞0期除极速度快、幅度大传导速度快房室交界0期除极速度慢、幅度小传导速度慢（2）邻近部位膜的兴奋性取决于：①静息电位和阈电位水平的差距：邻近部位的兴奋性↑(即膜电位和阈电位的差距小)传导速度↑②离子通道性状：兴奋落在通道处于失活状态的。A、有效不应期内，传导阻滞B、相对不应期或超常期，传导减慢临床意义：相对不应期出现的期外兴奋的AP，因传导慢，故可形成折返（reentry），诱发心律失常。总结:心肌细胞的生理特性1.兴奋性2.自律性3.传导性4.收缩性心肌的机械特性特点:（1）对细胞外液的Ca2+依赖性强（2）心肌收缩的“全或无”现象（3）不发生强直收缩心肌电生理特性心肌生理特性