第七講-心臟的生物電活動

第七講心肌的生物電活動★心肌細胞的分類及各類心肌細胞的電活動特點一、心肌細胞分類按功能分：工作心肌細胞(workingcardiomyocyte)自律心肌細胞(autorhythmiccardiomyocyte)2.按電生理學(xué)特點快反應(yīng)非自律細胞（fastresponsenon-autorhythmiccell）快反應(yīng)自律細胞（fastresponseautorhythmiccell）慢反應(yīng)自律細胞（slowresponseautorhythmiccell）★工作心肌細胞的電活動特點（一）內(nèi)向整流鉀通道（IK1）與靜息電位靜息電位產(chǎn)生的兩個關(guān)鍵條件：1.細胞膜內(nèi)外具有明顯K+濃度差2.靜息時膜對K+有通透性表9-1心肌細胞內(nèi)、外幾種主要離子的濃度及其平衡電位----------------------------------------------------------------------------------------濃度（mmol/L）離子------------------------------------------平衡電位（mV）細胞內(nèi)液細胞外液----------------------------------------------------------------------------------------Na+10145 +67K+1504 -94Ca2+10-41.8+130Cl-20120-47----------------------------------------------------------------------------------------注：表中Ca2+濃度指胞漿內(nèi)游離Ca2+濃度靜息期細胞膜的電活動

鈉背景電流（Na+backgroundcurrent）：部分抵消了細胞內(nèi)的負電荷，可能是靜息電位實測值低于理論值的重要原因之一。鈉-鉀泵（sodium-potassiumpump）活動：鈉-鉀泵活動時，通過耗能將細胞內(nèi)多余的Na+驅(qū)出細胞，將部分動作電位期間流到細胞外的K+泵入細胞內(nèi)。鈉-鉀泵活動時泵出的Na+數(shù)多于泵入的K+數(shù)，于是形成一個外向電流，稱為泵電流（pumpcurrent,Ipump），這種泵電流使膜電位發(fā)生一定程度的超極化，但一般不超過10mV。鈉-鈣交換：由鈉-鈣交換體（Na+-Ca2+exchanger）介導(dǎo)，是3個Na+和1個Ca2+的跨膜交換，因而也是一種電荷不對稱性交換，具有生電性。

（二）工作心肌細胞的動作電位分0、1、2、3、4期去極相（0期）復(fù)極相（1、2、3、4期）具有較長的平臺期和有效不應(yīng)期，因此心肌不會發(fā)生強直收縮，動作電位時程（actionpotentialduration,APD）可達200ms以上。動作電位幅度（actionpotentialamplitude，APA）（可達120mV），超射（overshoot）約30mV圖心肌細胞動作電位模式圖A：竇房結(jié)；B：心房?。籆：心室肌圖9-2.心臟特殊傳導(dǎo)組織、各部位心肌細胞動作電位圖形特點及其與心電圖波形的關(guān)系圖中數(shù)字表示竇房結(jié)的興奮沖動傳至心臟不同部位時所需要的時間（秒）（3）去極化和快鈉離子流：

電壓門控鈉通道（voltage-gatedNa+channel，INa通道）開放，Na+快速流入細胞閾電位（thresholdpotential）約為-70mV

鈉通道的三種功能狀態(tài)：

備用（靜息）：通道關(guān)閉，但受到刺激可以開放。包括復(fù)活（reactivation）狀態(tài)。

激活：開放

失活：通道處于不僅關(guān)閉、而且受到刺激也不能開放。

失活的快鈉通道的再度開啟鈉通道阻斷劑：河豚毒（TTX）Restingstate-90mVActivationstate-60~+30mVInactivationstate+30~-90mV（4）復(fù)極化及其離子流機制：1）1期（phase1）復(fù)極化：主要由瞬時外向離子流（transientoutwardcurrent，Ito），

Ito的載荷離子是K+。INa通道的失活和Ito通道的激活共同形成了1期。

Ito通道也具有激活門和失活門，通道在激活后很快就失活關(guān)閉，故名“瞬時性”通道。

2）2期復(fù)極化：很緩慢，形成平臺（plateau），也稱為平臺期（plateauphase）。主要離子流：

L型鈣電流（long-lastingCa2+current，L-typeCa2+current，ICa-L）：Ca2+內(nèi)流：

IK1：由于IK1通道的內(nèi)向整流特性，阻止了K+的進一步外流，從而使動作電位2期內(nèi)少量的Ca2+內(nèi)流就使膜電位保持在去極化狀態(tài)的平臺，甚或向上隆起形成圓頂。隨著動作電位復(fù)極化到接近靜息電位時，內(nèi)向整流現(xiàn)象解除，K+又可經(jīng)IK1通道外流而加速最后的復(fù)極化過程。

延遲整流鉀電流（delayedrectifierK+current,IK）圖9-9.心室肌細胞動作電位時程中ICa-L幅值的變化圖9-8.心室肌細胞動作電位時程中IK1幅值的變化注：由于內(nèi)向整流特性，從動作電位去極化到平臺期，IK1幅值銳減；在3期后期，內(nèi)向整流現(xiàn)象消除，而驅(qū)使IK1外流的動力大于靜息狀態(tài)，所以IK1幅值暫時超過正常。3）3期復(fù)極化約需100~150ms3期復(fù)極化主要是由于Ca2+內(nèi)流逐漸停止和K+外流逐漸增加所致延遲整流鉀通道（delayedrectifierK+channel，IK通道）是3期K+外流的主要通道圖9-10.狗心室肌細胞動作電位復(fù)極化過程中延遲整流鉀電流IKr和IKs幅值的變化4）4期（靜息期）此時膜電位復(fù)極化至靜息電位并穩(wěn)定在此電位水平

離子泵（特別是鈉-鉀泵和鈣泵）

離子交換體（如鈉-鉀交換體，鈉-鈣交換體等）將Na+移出，并將流至膜外的K+移入，將胞質(zhì)內(nèi)升高的Ca2+移出細胞或/和移入肌質(zhì)網(wǎng)的鈣池，使胞質(zhì)內(nèi)的離子水平恢復(fù)到高鉀、低鈉和低鈣的靜息正常水平。三、自律心肌細胞的電活動（二）自律心肌細胞的舒張期自動去極化活動If通道與快反應(yīng)自律細胞的舒張期自動去極化最大舒張電位（maximaldiastolicpotential）普肯耶細胞的舒張期自動去極化機制：現(xiàn)在認為是If（內(nèi)向電流）和IK（外向電流）共同作用的結(jié)果，但以If為主If通道：在超極化時激活，是一種超極化激活的陽離子通道（hyperpolarization-activatedcationchannel，Ihchannel），允許Na+和K+通過，因此If電流是一種內(nèi)向Na+流和外向K+流的混合離子流，但以Na+內(nèi)流為主圖9-12普肯耶細胞起搏原理示意圖上：普肯耶細胞跨膜電位；下：A代表If的離子電導(dǎo)；B代表IK的鉀電導(dǎo)2.慢反應(yīng)自律細胞的舒張期自動去極化機制至少與IK、If和ICa-L三種離子流有關(guān)：

（1）IK電流的去激活衰減：外向電流

ˉ

（2）If離子流的激活：Na+內(nèi)流為主，K+外流為輔。

P細胞的If電流幅值遠小于普肯耶細胞

（3）ICa-T離子流（transientCa2+current，T-typeCa2+current，ICa-T）

：ICa-T通道的激活電位約為-50mV，ICa-T通道開放后形成一個短暫、微弱的內(nèi)向Ca2+電流，可能參與P細胞的起搏活動。阻斷劑：Ni2+和miberfradil圖9-14竇房結(jié)P細胞舒張期去極化和動作電位發(fā)生原理示意圖（引自姚泰：《生理學(xué)》第一版，北京，人民衛(wèi)生出版社，2005）★心肌的電生理學(xué)特性

興奮性

傳導(dǎo)性

自律性 機械特性： 收縮性電生理學(xué)特性

一、心肌的興奮性（一）心肌的興奮性取決于:1.離子通道的性狀

2.靜息電位（或最大舒張電位）和閾電位之間的差值

（二）心肌的興奮性在整個動作電位過程中呈現(xiàn)規(guī)律性的變化 絕對不應(yīng)期（absoluterefractoryperiod,ARP） 有效不應(yīng)期（effectiverefractoryperiod,ERP）

相對不應(yīng)期（relativerefractoryperiod,RRP）

超常期（supernormalperiod,SNP）

圖9-15心室肌細胞動作電位過程中興奮性的變化及其與機械收縮的關(guān)系A(chǔ)：動作電位；B：機械收縮；ARP：絕對不應(yīng)期；ERP：有效不應(yīng)期；LRP：局部反應(yīng)期；RRP：相對不應(yīng)期；SNP：超長期（三）心肌有效不應(yīng)期長的生理學(xué)意義1.心肌不發(fā)生強直收縮

2.期前收縮和代償間歇

期前收縮（prematuresystole），簡稱早搏

室性早搏（prematureventricularcontraction,PVC）

房性早搏（prematureatrialcontraction,PAC）

交界性早搏（junctionalextrasystole）代償性間歇（compensatorypause）圖9-16期前收縮和代償間歇額外刺激a、b、c落在有效不應(yīng)期內(nèi)，不引起反應(yīng)；額外刺激d落在相對不應(yīng)期內(nèi)，引起期前收縮和代償間歇（四）心肌的興奮性的影響因素1.細胞外液電解質(zhì)濃度（1）鉀離子：細胞外高鉀：輕度高鉀：興奮性增高（輕度去極化）

重度高鉀：興奮性降低甚至喪失（重度去極化）

細胞外低鉀：IK1通道對K+的通透性降低，K+循IK1通道外流減少，膜電位去極化，興奮性升高。APD延長，Q-T間期延長，T波低平。（2）鈣離子：細胞外高鈣：

Ca2+對快鈉通道的屏障作用加強，使閾電位水平上移，靜息電位與閾電位之間的距離增大，故心肌的興奮性降低。

細胞外低鈣：輕、中度低鈣：閾電位水平下移，靜息電位與閾電位之間的距離減小，故心肌的興奮性增高。重度低鈣：在靜息膜電位水平快鈉通道已有部分失活，因而心肌的興奮性反而降低。

2.pH值改變對心肌興奮性的影響

細胞外液pH值降低：可抑制快鈉通道，使閾電位水平上移，細胞的興奮性降低。細胞內(nèi)液pH值降低：可抑制IK1通道，使膜電位去極化，從而使快鈉通道發(fā)生一定程度的失活；另一方面又可降低快鈉通道的開放概率，故快反應(yīng)細胞的興奮性降低。

二、心肌的傳導(dǎo)性（conductivity）（一）心肌是功能合胞體（functionalsyncytium），動作電位可通過縫隙連接在細胞之間進行傳遞。房室交界區(qū)（atrioventricularjunction）是心房肌和心室肌之間唯一的興奮傳導(dǎo)通道。如出現(xiàn)房室交界區(qū)的完全性傳導(dǎo)阻滯（completeAVblock)，則會導(dǎo)致房室分離（atrio-ventriculardissociation）。（二）心臟的特殊傳導(dǎo)組織是特化了的心肌，傳導(dǎo)性增強，收縮性喪失。有以下結(jié)構(gòu)：竇房結(jié)：主導(dǎo)起搏點（dominantpacemaker）房室交界：包括房結(jié)區(qū)、結(jié)區(qū)、結(jié)希區(qū)、希氏束房間束（巴氏束，優(yōu)勢傳導(dǎo)通路）結(jié)間束：①前結(jié)間束：分出巴氏束（Bachmannbundle）②中結(jié)間束；③后結(jié)間束。房室束（希氏束，Hisbundle）左右束支普肯耶氏纖維：與普通心肌細胞形成縫隙連接圖9-2.心臟特殊傳導(dǎo)組織、各部位心肌細胞動作電位圖形特點及其與心電圖波形的關(guān)系圖中數(shù)字表示竇房結(jié)的興奮沖動傳至心臟不同部位時所需要的時間（秒）（三）房室交界區(qū) 1.房室交界區(qū)的結(jié)構(gòu)特點 房室交界區(qū)包括四個區(qū)域： ①房-結(jié)區(qū)（atrio-nodalzone,AN區(qū)） ②房室結(jié)區(qū)（即固有房室結(jié)，結(jié)區(qū)，nodalzone,N區(qū)） ③結(jié)-希區(qū)(nodal-Hiszone,NH區(qū)) ④希氏束（Hisbundle）圖9-17房室交界區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖atrial-nodalzonenodalzonenodal-HiszoneHisbundleinternodalpathwaysAVjunctionThestructureofAVjunction2.房室交界區(qū)的興奮傳導(dǎo)特點

心臟不同部位興奮的傳導(dǎo)速率（conductionvelocity，CV）大致為：竇房結(jié)：

<0.05m/s心房肌：

0.4m/s心房內(nèi)優(yōu)勢傳導(dǎo)通路：

1.0~1.2m/s房室交界區(qū)：

0.02m/s

興奮通過房室交界區(qū)耗時約0.1s，這意味著心房和心室的興奮存在0.1s的時間差，即房室延擱（atrioventriculardelay），它保證了心室的收縮發(fā)生在心房收縮完畢之后，故有利于心室的充盈和射血。房室傳導(dǎo)阻滯（atrio-ventricularconductionblock,A-Vblock）房室束、束支和普肯耶氏纖維： 2~4m/s心室?。?/p>

0.4~0.5m/s預(yù)激綜合征（pre-excitationsyndrome，Wolf-Parkinson-Whitesyndrome,WPWsyndrome）的形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)：少數(shù)人的附加傳導(dǎo)束：Kent束（肯氏束）：是在纖維環(huán)淺面出現(xiàn)的連接心房肌和心室肌的肌束，一般為一條，有時為兩條或多條。James旁路束（杰氏束）：后結(jié)間束的大部分纖維和前、中結(jié)間束的小部分纖維，可繞過房室結(jié)的中上部，直接進入房室結(jié)下部或房室束的近側(cè)部。lMahaim纖維（馬氏束）：由房室結(jié)、房室束或束支主干發(fā)出的纖維直接至室間隔心肌。

（四）心肌傳導(dǎo)性的影響因素結(jié)構(gòu)因素（1）心肌細胞的細胞內(nèi)電阻：取決于細胞直徑（2）閏盤的密度2.生理因素

（1）心肌細胞的電生理學(xué)特性對心肌傳導(dǎo)性的影響

1）心肌動作電位0期最大去極化速度和幅度

膜反應(yīng)曲線（membraneresponsivenesscurve）

2）鄰近未興奮部位心肌的興奮性

3）靜息期的長短心肌電周期（cardiacelectriccycle）

動作電位時程和心肌激動傳導(dǎo)速率的回饋特性

圖9-18膜反應(yīng)曲線（2）電解質(zhì)濃度及自主神經(jīng)對心肌傳導(dǎo)性的影響和調(diào)節(jié)1）電解質(zhì)濃度對心肌傳導(dǎo)性的影響：細胞外高鉀：可使靜息電位向去極化方向變動，可使快鈉通道部分或全部失活，導(dǎo)致傳導(dǎo)速度減慢或傳導(dǎo)阻滯。細胞外低鉀：由于靜息時膜對K+的通透性降低，K+外流減少，也使靜息電位向去極化方向變動，因此也使傳導(dǎo)性降低。2）自主神經(jīng)對心肌傳導(dǎo)性的調(diào)節(jié)：交感神經(jīng)：其遞質(zhì)NE具有加快房室交界區(qū)傳導(dǎo)的作用，稱為正性變傳導(dǎo)作用（positivedromotropicaction）。NE激動b受體，使ICa-L通道開放，Ca2+內(nèi)流增加，故房室交界區(qū)的慢反應(yīng)細胞動作電位0期去極化速度和幅度增加，因而傳導(dǎo)加快。迷走神經(jīng)：其遞質(zhì)乙酰膽堿具有減慢房室交界區(qū)傳導(dǎo)的作用，稱為負性變傳導(dǎo)作用（negativedromotropicaction）。迷走神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿可使ICa-L通道開放概率降低，ICa-L幅值減小，故房室交界區(qū)的慢反應(yīng)細胞動作電位0期去極化速度和幅度降低，因而傳導(dǎo)減慢。迷走神經(jīng)強烈興奮時，可出現(xiàn)房室傳導(dǎo)阻滯。

三、心肌細胞的自律性高低決定心率的快慢定義：在生理情況下，心臟特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)的心肌細胞在沒有外來刺激的條件下能自動發(fā)生節(jié)律性興奮，這種特性或能力稱為自動節(jié)律性（autorhythmicity），簡稱自律性。一些概念：心律（heartrhythm）和心率（heartrate,HR）主導(dǎo)起搏點（dominantpacemaker）潛在起搏點（latentpacemaker）被動性異位心律，也稱逸搏節(jié)律（escaperhythm）異位起搏點（ectopicpacemaker）（一）正常情況下竇房結(jié)是心臟的主導(dǎo)起搏點不同部位自律組織的發(fā)放頻率：竇房結(jié)P細胞的自然發(fā)放頻率最高可達100次/min，因而成為了心臟的主導(dǎo)起搏點。其余自律細胞的發(fā)放頻率（次/min）為：房室交界區(qū)50，房室束40，末梢普肯耶細胞25。

竇房結(jié)成為心臟主導(dǎo)起搏點的原理：

（1）搶先占領(lǐng)（capture）：指竇房結(jié)P細胞的自律性高于其他各潛在起搏點的自律性，當(dāng)潛在起搏點的4期自動去極化尚未達到其本身的閾電位時，已經(jīng)被竇房結(jié)傳來的竇性節(jié)律性沖動所激動而產(chǎn)生動作電位，因此其本身的自律性不能表現(xiàn)出來。（2）超速驅(qū)動壓抑（overdrivesuppression）：自律細胞在受到高于其自身固有頻率的節(jié)律性刺激時發(fā)生的節(jié)律性興奮，稱為超速驅(qū)動。超速驅(qū)動停止時，該自律細胞自身固有的自律活動不能立即恢復(fù)，需要經(jīng)過一段時間后才能表現(xiàn)出來。這種在超速驅(qū)動后自身固有的自律活動暫時受到壓抑的現(xiàn)象，稱為超速驅(qū)動壓抑。（二）自律性的高低取決于舒張期自動去極化的速率以及最大舒張電位和閾電位之間的距離（三）心肌細胞的自律性的調(diào)節(jié)因素1.K+濃度對心肌自律性的影響

細胞外K+離子濃度變化對竇房結(jié)P細胞的自律性沒有明顯影響，但對普肯耶細胞的自律性有明顯影響。細胞外高鉀：可使普肯耶細胞的最大舒張電位的負值減?。聪蛉O化方向變化），從而使If的激活程度降低，同時使IK1通道對K+離子的通透性增高，K+離子外流增加，這部分電流可部分地抵消If的內(nèi)向電流，使浦肯野細胞的自律性降低。細胞外低鉀：可使普肯耶細胞的自律性增高。

2.自主神經(jīng)