心脏生理学及机子对心脏的影响

1、离子及其通道对心脏活动离子及其通道对心脏活动影响的研究进展影响的研究进展Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学主要内容主要内容心脏的简介心脏的简介1心脏的生理功能心脏的生理功能2离子和离子通道离子和离子通道3小结小结4Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学心脏简介心脏简介心脏是人和脊椎动物器官心脏是人和脊椎动物器官之一。是循环系统中的动之一。是循环系统中的动力。人的心脏如本人的拳力。人的心脏如本人的拳头头 心脏外形像桃子，位于心脏外形像桃子，位于横膈之上，两肺间而偏左。横膈之上，两肺间而偏左。Wuhan

2、 Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学心脏简介心脏简介心脏的结构心脏的结构 心脏主要由心肌构成，有左心脏主要由心肌构成，有左心房、左心室、右心房、右心房、左心室、右心房、右心室四个腔。左右心房之间心室四个腔。左右心房之间和左右心室之间均由间隔隔和左右心室之间均由间隔隔开，故互不相通，心房与心开，故互不相通，心房与心室之间有瓣膜，这些瓣膜使室之间有瓣膜，这些瓣膜使血液只能由心房流入心室，血液只能由心房流入心室，而不能倒流。而不能倒流。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学心脏的生理功能心脏的生理功能心脏的生理功能主

3、要有以下三种心脏的生理功能主要有以下三种心脏的泵血功能心脏的泵血功能心肌的生理特性心肌的生理特性心肌的生物电现象心肌的生物电现象Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学心脏的生理功能心脏的生理功能心脏的泵血功能心脏的泵血功能 心脏是个主要由心肌组织构成的、带有瓣膜机构的中心脏是个主要由心肌组织构成的、带有瓣膜机构的中空器官，空器官，泵血泵血是心脏是心脏最重要最重要的生理功能。的生理功能。 在整个生命过程中，心脏通过周期性的收缩与舒张，在整个生命过程中，心脏通过周期性的收缩与舒张，以及由此而引起的瓣膜周期性的启闭活动推动血液想一定以及由此而引起的瓣膜周

4、期性的启闭活动推动血液想一定的方向流动：的方向流动：由心室射入动脉，由静脉回到心房由心室射入动脉，由静脉回到心房。 心脏周期性的泵血功能在心肌的生物电活动、机械收心脏周期性的泵血功能在心肌的生物电活动、机械收缩和瓣膜启闭活动的密切配合下实现的。缩和瓣膜启闭活动的密切配合下实现的。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学心脏的生理功能心脏的生理功能心动周期中压力、容积等变化心动周期中压力、容积等变化1 主主A内压内压 2 左心室内压左心室内压3 左心房内压左心房内压 4 心音心音 5 心室容积心室容积心房收缩期心房收缩期等容收缩期等容收缩期快速射血期快

5、速射血期缓慢射血期缓慢射血期等容舒张期等容舒张期快速充盈期快速充盈期减慢充盈期减慢充盈期Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学心脏的生理功能心脏的生理功能心脏的生理特性心脏的生理特性（一）自律性（一）自律性 心脏在离体和脱离神经支配下，仍能自动地产生节心脏在离体和脱离神经支配下，仍能自动地产生节律性兴奋和收缩的特性。律性兴奋和收缩的特性。（二）兴奋性（二）兴奋性 心肌对刺激又产生动作电位的能力。心肌一次兴奋心肌对刺激又产生动作电位的能力。心肌一次兴奋过程中，其兴奋性可发生周期性变化。过程中，其兴奋性可发生周期性变化。（三）传导性（三）传导性 心肌细

6、胞都有传导兴奋的能力。心肌细胞都有传导兴奋的能力。（四）收缩性（四）收缩性 工作细胞接受有效刺激而产生动作电位，再起触发工作细胞接受有效刺激而产生动作电位，再起触发作用下，引起收缩。作用下，引起收缩。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学心脏的生理功能心脏的生理功能心肌的生物电现象心肌的生物电现象 心脏的泵血功能依赖于其有节律的舒张和收缩活动，心脏的泵血功能依赖于其有节律的舒张和收缩活动，而节律性舒张和收缩活动的生理基础是心肌细胞在兴奋而节律性舒张和收缩活动的生理基础是心肌细胞在兴奋性、自律性、传导性和收缩性方面具有的特殊的生理特性、自律性、传导性

7、和收缩性方面具有的特殊的生理特性。性。 其中兴奋性、自律性、传导性和收缩性是以心肌细其中兴奋性、自律性、传导性和收缩性是以心肌细胞的胞的生物电活动生物电活动为基础的，而收缩性则是在袭击细胞膜为基础的，而收缩性则是在袭击细胞膜的动作电位触发下产生的机械收缩反应。的动作电位触发下产生的机械收缩反应。 所以，所以，心肌细胞进行的一切活动都是以的生物电为心肌细胞进行的一切活动都是以的生物电为基础的，而心肌的生物电又与离子的运动密切相关。基础的，而心肌的生物电又与离子的运动密切相关。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学心脏的生理功能心脏的生理功能生物电的种

8、类与机理生物电的种类与机理（一）普通心肌细胞跨膜电位及其形成机制（一）普通心肌细胞跨膜电位及其形成机制1.1.静息电位静息电位 正常心室细胞的静息电位约为正常心室细胞的静息电位约为-90mV-90mV，即膜内电位电位，即膜内电位电位较膜外电位低较膜外电位低90mV90mV，此种状态成为极化。与神经细胞、，此种状态成为极化。与神经细胞、骨骼肌细胞一样，心室肌细胞的静息电位主要是骨骼肌细胞一样，心室肌细胞的静息电位主要是K K+ +外流外流所达到的平衡电位。所达到的平衡电位。2.2.动作电位动作电位 心室肌细胞收到刺激兴奋后产生的动作电位，也由去极心室肌细胞收到刺激兴奋后产生的动作电位，也由去极和

9、复极两个部分组成，但比骨骼肌的形势复杂，时程也和复极两个部分组成，但比骨骼肌的形势复杂，时程也长得多。长得多。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学心脏的生理功能心脏的生理功能2.2.动作电位动作电位 心室肌细胞整个动作电位可以分为心室肌细胞整个动作电位可以分为0 0、1 1、2 2、3 3、4 4五个时五个时期，其中期，其中0 0期为去极过程，期为去极过程，1 1、2 2、3 3、4 4期为复极过程。期为复极过程。0 0 去极化过程去极化过程1 1 快速复极期快速复极期 2 2 平台期平台期3 3 快速复极期快速复极期 4 4 静息期静息期Wuh

10、an Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学心脏的生理功能心脏的生理功能（二）自律细胞的跨膜电位及形成机制（二）自律细胞的跨膜电位及形成机制1.1.浦肯野细胞的跨膜电位浦肯野细胞的跨膜电位 浦肯野细胞动作电位的浦肯野细胞动作电位的0 0、1 1、2 2、3 3期的波形、幅度和形成期的波形、幅度和形成机理与心室肌细胞的相似，只是时间较长，但机理与心室肌细胞的相似，只是时间较长，但4 4期复极不期复极不同。同。4 4期复极时的膜电位并不稳定与静息电位水平，而是期复极时的膜电位并不稳定与静息电位水平，而是出现缓慢的自动去极现象。出现缓慢的自动去极现象。2.2.窦房结

11、窦房结P P细胞的跨膜电位及特征细胞的跨膜电位及特征 P P细胞的动作电位由细胞的动作电位由0 0、3 3、4 4期期 组成，而无组成，而无1 1、2 2期。动作电位期。动作电位 的幅值也小，约为的幅值也小，约为70mV70mV。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道总的来说，心脏的一切活动都是通过生物电来完成的，包总的来说，心脏的一切活动都是通过生物电来完成的，包括神经的传导，心肌的收缩等。而影响心肌细胞生物电主括神经的传导，心肌的收缩等。而影响心肌细胞生物电主要包括要包括离子通道离子通道与

12、与离子的跨膜运输离子的跨膜运输。离子通道是一类镶嵌于膜上的蛋白质。在一定条件下离子通道是一类镶嵌于膜上的蛋白质。在一定条件下, ,这类蛋白质分子构型的改变可以构成通过无机离子的孔这类蛋白质分子构型的改变可以构成通过无机离子的孔洞洞, ,称为离子通道。它包括称为离子通道。它包括, ,非门控离子通道非门控离子通道( (背景通道背景通道) )与门控离子通道两大类与门控离子通道两大类; ;后者又分为电压门控离子通道、后者又分为电压门控离子通道、配体配体( (或化学或化学) )门控离子通道和机械门控离子通道，受磷门控离子通道和机械门控离子通道，受磷酸化调节酸化调节主要的离子通道包括主要的离子通道包括钠通

13、道钠通道、钾通道钾通道、钙通道钙通道、氯通道氯通道。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道离子通道的分类离子通道的分类门控离子通道门控离子通道化学门控离子通道化学门控离子通道钠通道钠通道钙通道钙通道钾通道钾通道递质递质离子离子代谢物代谢物非门控离子通道非门控离子通道电压门控离子通道电压门控离子通道Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学瞬态持续影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道钠离子通道及钠离子研究进展钠离子通道及钠离子研究进展

14、Na+离子通道结构离子通道结构由由3 3个亚基即个亚基即1 1 2 2组成跨膜蛋白组成跨膜蛋白 亚基为钠通道的主亚基亚基为钠通道的主亚基 1 1和和 2 2亚基为辅助亚基亚基为辅助亚基 亚基有亚基有4个跨膜区个跨膜区每个区有每个区有6个跨膜段个跨膜段5-6段形成孔壁段形成孔壁4段为电压感受器段为电压感受器Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道亚型亚型Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道NaN

15、a+ +泵又称为钠钾泵，主要与需要电、化学信号的传导的泵又称为钠钾泵，主要与需要电、化学信号的传导的相关功能有关。钠离子的缺少或者过剩都会影响钾离子、相关功能有关。钠离子的缺少或者过剩都会影响钾离子、钙离子的含量。钙离子的含量。钠泵活性降低会导致的能量代谢障碍，钠泵活性降低会导致的能量代谢障碍，电解质紊乱电解质紊乱及及心心脏舒缩功能障碍脏舒缩功能障碍可能是心力衰竭发病机制的重要环节。可能是心力衰竭发病机制的重要环节。许多心血管疾病与钠离子的紊乱有关，如冠心病、高血许多心血管疾病与钠离子的紊乱有关，如冠心病、高血压等。压等。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生

16、 理理 学学影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道钾离子通道与钾离子的研究进展钾离子通道与钾离子的研究进展K+通道结构通道结构跨膜区有跨膜区有6个跨膜段个跨膜段5-6段形成孔壁段形成孔壁4段为电压感受器段为电压感受器主亚基主亚基( 亚基亚基) )有一个跨膜区有一个跨膜区4个主亚基形成离子通道的孔个主亚基形成离子通道的孔Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道总体看来心脏对细胞外总体看来心脏对细胞外K+K+浓度变化比较敏感浓度变化比较敏感; ;但不同部位心肌的但不同部位心肌的敏感

17、性不同，敏感性不同，心房肌最敏感心房肌最敏感，房室束，房室束- -浦肯野纤维系统次之，窦浦肯野纤维系统次之，窦房结敏感性较低。房结敏感性较低。1.1.对心肌兴奋性的影响对心肌兴奋性的影响 细胞外细胞外KK+ +时，对兴奋性的影响与其浓度升高的程度有关。时，对兴奋性的影响与其浓度升高的程度有关。当当KK+ + 轻度或轻度或中度升高中度升高时，细胞内外时，细胞内外KK+ + 梯度减小，梯度减小，K K+ +外流力量外流力量减小，静息电位减小，静息电位(RP)(RP)的绝对值减小，和阈电位的绝对值减小，和阈电位(TP)(TP)的差值减小，的差值减小，细胞的细胞的兴奋性升高兴奋性升高； KK+ + 大

18、幅度大幅度升高时，升高时， RPRP的绝对值减小到的绝对值减小到-55mv-55mv时，钠通道的时，钠通道的开放效率降低，钠通道逐渐失活，细胞的兴奋性开放效率降低，钠通道逐渐失活，细胞的兴奋性降低或丧失降低或丧失，严重时，可导致心肌停搏于舒张状态。此时，仅由严重时，可导致心肌停搏于舒张状态。此时，仅由CaCa2+2+来构成动来构成动作电位，故上升支小而缓慢，使作电位，故上升支小而缓慢，使兴奋传导性降低兴奋传导性降低。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道（2 2）对心电周期的影响）对心电周期的

19、影响 当细胞外当细胞外KK+ +时，细胞膜对钾的通透性升高，心时，细胞膜对钾的通透性升高，心室肌细胞复极过程加速，平台期缩短，不应期也缩短。室肌细胞复极过程加速，平台期缩短，不应期也缩短。（3 3）对心脏收缩的影响）对心脏收缩的影响 高钾高钾对心肌收缩功能有抑制作用。因为细胞外的钾对心肌收缩功能有抑制作用。因为细胞外的钾和钙在细胞膜上有竞争性抑制，因此当膜外和钙在细胞膜上有竞争性抑制，因此当膜外KK+ +时，时，平台期内流的平台期内流的CaCa2+2+减少，心肌细胞内的减少，心肌细胞内的CaCa2+2+浓度难于升高，浓度难于升高，减小了减小了CaCa2+2+的兴奋的兴奋- -收缩偶联作用，从而

20、减低了心肌的收收缩偶联作用，从而减低了心肌的收缩能力。缩能力。4 4期自动除极速度减慢，导致窦房结期自动除极速度减慢，导致窦房结自律性降自律性降低，心律减慢。低，心律减慢。（4 4）高）高K K+ +使心脏停搏在舒张期使心脏停搏在舒张期 高钾使心脏骤停，停在舒张期。高钾使心脏骤停，停在舒张期。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道钙离子通道与钙离子的研究进展钙离子通道与钙离子的研究进展CaCa2+2+钙离子通道钙离子通道化学本质是蛋白质，称为载体。化学本质是蛋白质，称为载体。钙离子与载体结合被

21、转运。这钙离子与载体结合被转运。这种蛋白质与钙离子的结合类似种蛋白质与钙离子的结合类似酶与底物的结合。解释酶与底酶与底物的结合。解释酶与底物专一结合的学说。物专一结合的学说。CaCa2+2+CaCa2+2+主要与心脏神经兴奋性传主要与心脏神经兴奋性传递，心肌的收缩及心肌细胞递，心肌的收缩及心肌细胞中中Na+Na+的浓度有关。的浓度有关。CaCa2+2+转移转移Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道细胞外细胞外CaCa2+2+在心肌细胞膜上对在心肌细胞膜上对NaNa+ +的内流有竞争性的抑制的内

22、流有竞争性的抑制作用，称为膜屏障作用。因此，细胞外作用，称为膜屏障作用。因此，细胞外CaCa2+2+浓度发生变浓度发生变化时，与化时，与Na+Na+的内流和的内流和CaCa2+2+的内流相关的电活动都将受到的内流相关的电活动都将受到影响，而对静息电位则无明显作用。影响，而对静息电位则无明显作用。当细胞外当细胞外CaCa2+2+浓度浓度时，对时，对NaNa+ +的屏障作用的屏障作用，由于这种，由于这种抑制作用，触发抑制作用，触发NaNa+ +快速内流产生快速内流产生0 0期去极化就比较困难，期去极化就比较困难，即即TPTP上移，从而与上移，从而与RPRP的差距增大，兴奋性降低的差距增大，兴奋性降

23、低; ;发生兴发生兴奋后，奋后，NaNa+ +内流的抑制则导致内流的抑制则导致0 0期去极化速度和幅度降低，期去极化速度和幅度降低，传导性下降。传导性下降。CaCa2+2+内流是慢反应细胞内流是慢反应细胞0 0期去极化和快反应细胞期去极化和快反应细胞2 2期的主期的主要离子活动。当细胞外要离子活动。当细胞外CaCa2+2+浓度浓度，使，使CaCa2+2+内流加快，慢内流加快，慢反应细胞反应细胞0 0期去极化加快加强，传导性升高。期去极化加快加强，传导性升高。细胞膜对细胞膜对CaCa2+2+的通透性升高，心室肌细胞平台期的通透性升高，心室肌细胞平台期CaCa2+2+内流内流增加，心肌收缩力增强增

24、快增加，心肌收缩力增强增快; ;当细胞外当细胞外CaCa2+2+浓度过高时，浓度过高时，心脏将停搏于收缩状态，称为钙僵直。心脏将停搏于收缩状态，称为钙僵直。Wuhan Polytechnic University动动 物物 生生 理理 学学影响心脏活动的离子和离子通道影响心脏活动的离子和离子通道其他通道与离子的介绍其他通道与离子的介绍ClCl- -及其通道的影响及其通道的影响 在心脏中发现氯通道已有十余年，目前已知氯通道是一类成员较多的离在心脏中发现氯通道已有十余年，目前已知氯通道是一类成员较多的离子通道超家族。心肌氯通道的作用可能是多重的，由于阻断氯通道或子通道超家族。心肌氯通道的作用可能是多重的，由于阻断氯通道或CrCr替代对心肌的电特性产生明显影响，而心肌氯通道的种类和分布又存在替代对心肌的电特性产生明显影响，而心肌氯通道的种类和分布又存在明显的种属差异，提示心肌氯通道的主要作用可能在于调控阳离子通道，明显的