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第六章心肌细胞电生理特性兴奋性传导性自律性第一节心肌细胞的兴奋性一、决定细胞兴奋性因素及其相互关系兴奋性(Excitability)---心肌细胞和组织具有对刺激产生反应的能力，表现为产生动作电位，可以说兴奋性是心肌细胞产生动作电位的能力。静息电位（RP）、阈电位（TP）、钠电导大小（GNa）、膜电阻（Rm）、空间常数（γ）和作为整体兴奋性量度的阈限长度（liminallengthLL）等六个因素决定心肌细胞兴奋性。且相互制约,呈现复杂的动力学平衡。1.静息电位增大时，心肌兴奋降低。反之，当静息电位降低时，兴奋性升高。胞内外离子浓度比；膜选择性；膜电阻；2.阈电位水平上移，与静息电位之间的差距增大，兴奋性降低。阈电位水平下移，则兴奋性升高。反映离子通道的电压依赖性，在什么条件下钠、钙通道激活。3.钠电导强度，既与膜内外钠离子浓度之比有关，又与钠通道的开放速率和平均开放时间有关。钠通道有三种状态，即备用态、激活态和失活态，钠通道是否处于备用状态，是心肌细胞是否具有兴奋性的前提；。4.长度常数或空间常数（γ）反映产生动作电位的心肌细胞所产生的电紧张扩布的距离，对于激发相邻细胞产生动作电位保证兴奋传导有重要意义；5.LL（阈限长度）反映细胞整体状态的一种表示。二、心肌细胞兴奋性的周期性的变化心肌细胞每产生一次兴奋，其膜电位将发生一系列规律性变化，膜离子通道由备用状态经历激活，失活和复活等过程，兴奋性也因之而产生相应的周期性变化。以心室肌为例可分为下列几个时期（一）、有效不应期定义:心肌细胞发生兴奋后，由去极化开始到复极3期膜电位达到-55mV这一时间内，无论给心肌多大的刺激，都不会引起一次新的兴奋，此时期称为绝对不应期（Absoluterefractoryperiod，ARP）。从-55mV至-60mV期间，阈上刺激虽可引起局部反应，但不会产生新的动作电位。上述两段时期合称为心肌兴奋性变化的有效不应期（Effectiverefractoryperiod，ERP），特点:表现为可逆的，短暂的兴奋性缺失或极度下降。原因:Na+通道完全失活或尚末恢复到可以被激活的备用状态。（二）相对不应期定义:从有效不应期完毕到复极化基本上完成（-60～-80mV）的这段期间，给与阈上刺激，可以再次引起扩布性兴奋，称为相对不应期（Relativerefractoryperiod，RRP）。原因:此时膜电位低于正常值，Na+通道开放能力尚未恢复正常.特点:期前兴奋0期去极速度和幅度都低于正常水平，兴奋的传导速度也必然较慢，这一新的动作电位的时程较短，不应期也较短。此期内，心脏各部分的兴奋性恢复程度不一，产生的兴奋易于形成折返激动而导致快速性心律失常。（三）超常期定义:心肌细胞继续复极，膜电位由-80mV恢复到-90mV这一段时期，其膜电位值低于静息电位，故一个低于阈值的刺激即可引起一次新的兴奋，此即超常期（Supranormalperiod，SNP）。原因:Na+通道已基本恢复到可被激活的正常备用状态。特点:由于此时膜电位低于正常值，故超常期兴奋的0期去极速度和幅度仍低于正常，兴奋的传导亦低于正常。三、心肌不应期的分散度单个心肌细胞的不应期主要反映细胞膜离子通道的状态。一块心肌中细胞的不应期是否均匀，其不应期的分散度如何，才能说明心肌的不应期对于兴奋传导的影响。心室前壁、侧壁或后壁中各个细胞之间、各细胞群之间的ERP并不均匀，用分散度表示ERP的不均匀性。ERP的分散度与复极过程的分散度平行，复极的分散度取决于不同心肌细胞的激动时差（AT）和不同细胞APD的时差。通常不同细胞APD时差的变动较大。三、心肌不应期的分散度如果激动时差（AT）不变，心率慢时，复极的分散度大（ERP的分散度大），心率快时，ERP的分散度小。先天性长Q—T间期综合征患者的APD时差增大，ERP的分散度大大增加，由于某些诱因（早搏）可引起尖端扭转型室速。第二节心肌的传导性兴奋在心肌细胞间扩布的能力称为心肌的传导性（Conductivity）。兴奋性和传导性是两个相关而又彼此独立的概念，前者涉及动作电位的产生，而后者涉及动作电位从兴奋发生部位向周围的扩布。一、兴奋在心脏内的传导心脏各个部分都能传导动作电位，但它们传导动作电位的能力和速度不同。传导系包括窦房结、房室结、房室束、左右束支和浦肯野纤维系统。动作电位的传导包括去极的传播和复极过程的推进，去极和复极的传导都是重要的。通常先除极的细胞先复极，先除极的心肌部位先复极，但在原位心脏心室肌中，尽管内膜下细胞先于外膜下细胞开始复极，但完成复极时间落后于外膜下心肌。心脏各个部分兴奋传导速度：窦房结：〈100ms心房肌：0.8—1.0m/s房室结：0.02—0.2m/s房室束、左右束支：2—4m/s浦肯野纤维系统：4m/s心室肌：0.4m/s正常的起搏点为窦房结。其兴奋能直接传给心房肌纤维，心房中还一些小的肌束，称为结间束（NB），因为其纤维较粗，方向较直之故，可将兴奋直接传到房室结。房室延搁，使心脏的冲动不能过快地传进心室，从而保证心房的血液在心室收缩之前得以排入心室。这一区域的传导速度慢可能有三方面的原因：①纤维很细，故传导慢；②细胞间闰盘上的缝隙连接比普通心肌少，故降低了转运速度；③这些纤维是由更为胚胎型的细胞所构成的，其分化程度低，也降低了冲动传导的能力。兴奋在浦肯野纤维内的传导速度很快，这是由于浦肯野纤维十分粗大（70μm）且含肌原纤维很少，而缝隙连接数量很多，故离子很容易由一个细胞到另一个细胞，加快了动作电位的传布。兴奋在心室肌的传导速度约为浦肯野纤维的1/6---1/10，由于心室肌纤维呈双螺旋状环线心室腔而排列，故冲动不是直接向外表面传导，而是呈一定角度，沿螺旋方向传导。二、决定和影响传导性的因素(一)、解剖因素1、心肌细胞的直径：是决定传导性的主要解剖因素，细胞直径与细胞内电阻呈反比关系，细胞直径大，电阻小，局部电流大，传导速度快。2、细胞间的连接方式：细胞间缝隙连接构成了细胞间的低电阻通道，这种细胞间结合越多，则传导性越良好。3、细胞分化程度：分化程度低则传导慢。解剖因素是决定传导性的固定的因素，对于各种生理或某些病理情况下心肌传导性的变化，不起重要的作用。(二)、生理因素1、动作电位0期去极速度和幅度由于兴奋部位的0期去极，使得兴奋部位与邻近未兴奋部位之间出现一电位差，从而产生一局部电流。①故兴奋部位0期去极速度越快，这种局部电流的形成也越快，故传导能很快进行。②0期去极的幅度越大，兴奋与未兴奋部位之间的电位差也越大，局部电流也越强，故兴奋传导也越快。③局部电流大，其扩布的距离也大，使更远的部位受到刺激而兴奋，故传导加速。2、膜电位水平心肌细胞动作电位0期去极的速度与幅度还受兴奋前膜电位水平的影响。在快反应细胞，Na+通道性状决定着膜去极化达阈电位水平后通道开放的速度与数量，从而决定0期去极的速度和幅度。Na+通道的效率（可利用率）具有电压依赖性，它依赖于受刺激前的静息膜电位值。如果膜电位大于正常值，最大除极速度并不增加，这可能是Na+通道效率已达最大值之故。可见，当静息电位减小时，动作电位升支的幅度和速度都降低，这将导致传导的减慢乃至障碍。期前兴奋的传导减慢，正是由于期前兴奋是在膜电位较小的条件下发生的原故。3、邻近未兴奋部位膜的兴奋性未兴奋部位兴奋性的高低，必然影响到兴奋沿细胞的传导。当静息膜电位（在自律细胞为舒张期最大电位）增大或阈电位水平抬高时，都可导致兴奋性降低。在此条件下，膜除极达到阈电位所需时间延长，故传导速度减慢；反之，则传导加快。此外，如果邻近未兴奋部位膜电位过低，使其Na+通道处于一种失活的状态，则兴奋部位传来的冲动亦不能使其产生新的动作电位，传导将在此发生障碍。由此可见邻近未兴奋部位的兴奋性同样影响着兴奋在心脏内的传导。第三节心肌的自律性自律性（Autorhythmicity）是指心肌在无外刺激存在的条件下能自动产生节律性兴奋的能力。能产生自律性的细胞属于特殊传导系统，包括窦房结（P细胞）、房室结、房室束以及心室内的浦肯野细胞等。这些细胞具有以下共同特征；在舒张期中产生自动除极，亦称为舒张期除极。在不同的起搏组织，这种自动除极的速度不同，最快的舒张期除极速度见于窦房结细胞。一、自律性产生的机制(一)、窦房结舒张期自动除极机制1、延迟整流钾流（IK）的进行性衰减是窦房结细胞4期自动除极的重要离子基础之一。在舒张期自动去极化过程中，单纯降低外向电流，减少正电荷（K+）外流本身并不能产生去极化达到阈电位。内向电流，正电荷进入细胞内，是舒张期自动去极化所必需的。2、超极化激活内向离子电流（If）此电流由Na+携带。If的最大激活电位为100mV。正常情况下，窦房结的最大复极电位为—70mV，在这一电位水平，If激活非常缓慢，电流强度小，故If它在窦房结细胞起搏活动中，不是主要起搏离子流。If可被Cs+所阻断。Cl-不是If的载体，但对If起调制作用。高Ca2+可促进If。一、自律性产生的机制3、T型钙电流（ICa-T），在窦房结起搏性去极后期中起作用。生理作用在于使细胞去极化达到能使ICa.L激活的阈电位，后者的激活产生动作电位的上升支。4、内向背景钠电流（INa—b），稳定、持续进入细胞内，无时间依赖性。5、其它如钠--钾泵电流、钠—钙交换电流、乙酰胆依赖性钾电流、ATP依赖性钾电流都可以参与影响窦房结细胞的起搏活动。(二)、浦肯野细胞舒张期除极机制浦肯野纤维属于快反应自律性细胞，它具有舒张期自动除极过程。参与浦肯野纤维起搏除极的电流主要是超极化激活内向电流（If），延迟整流钾电流（IK）和内向整流钾电流（IK1），可能还有微弱的背景钠电流（INa-b）的参与。IK使细胞达到最大舒张电位，然后IK减弱。浦肯野细胞达到最大舒张电位（约-90mV）时，较强地激活If，出现逐渐增强的自动除极，这是主要效应；同时IK1相应加强，K+外流有助于平衡非特异性内向电流If。INa-b尽管很微弱，对自动除极仍有一定作用。三、决定和影响自律性的因素(一)、舒张期最大电位水平当舒张期最大电位（MDP）减小时，其与阈电位之间的差距减小，在去极速率不变的情况下更易达到阈电位值，即达到阈电位水平所需时间缩短，故自律性增高。反之，则自律性降低。迷走神经兴奋时，末稍释放的ACh与膜受体相结合，使窦房结细胞对K+通透性增加，结果舒张期最大电位增大，导致其自律性降低，心率减慢。(二)、阈电位水平阈电位（TP）水平上移，将加大它与舒张期最大电位之间的距离，在除极速度不变的情况下，达到阈电位所需的时间延长，导致自律性降低。反之，则自律性升高。细胞外钙离子浓度升高时，阈电位水平上移，结果自律性降低。一般条件下阈电位变化不大，故它不是影响自律性的主要因素。(三)、舒张期自动去极速度自动去极速度越快，达到阈电位所需时间越短，自律性越高。反之，则自律性降低。凡一切在舒张期中使外向电流失活加速，或使内向电流激活加速的因素都使这种自动除此以外极加速。反之，则除极速度降低。肾上腺素使ICa.T和If增加，结果使自律性升高，乙酰胆碱增加外向钾电流而降低内向电流，结果使自律性降低。四、心脏自律组织间的关系窦房结是心脏的优势起搏点，其它的起搏组织则为辅助起搏点。优势起搏点可定义为：首先达到阈电位并产生扩布性冲动的起搏组织。然而起搏组织之间存在着一定的特殊关系。优势起搏点控制辅助起搏点的主要机制有二。一是抢先占领或夺获(capyure)：即优势起搏点的自律性高于其它起搏点，结果它能首先达到阈电位，产生扩布性冲动，从而控制心脏的节律活动四、心脏自律组织间的关系二是超速驱动压抑（Over-drivesuppression）。即窦房结的自律性远较其它起搏组织自律性为高，它的活动对其它组织而言是一种长期的超速的驱动，这种超速的驱动造成了对其它组织的抑制作用。超速驱动压抑具有频率依赖性，压抑程度与两个起搏点自动兴奋频率的差别呈平行关系。频率差别大，压抑效率愈强，驱动终断停止活动的时间也愈长。四、心脏自律组织间的关系原因：是Na+—K+泵活动的增强。自律细胞