第七讲-心脏的生物电活动

第七讲心肌的生物电活动★心肌细胞的分类及各类心肌细胞的电活动特点一、心肌细胞分类按功能分：工作心肌细胞(workingcardiomyocyte)自律心肌细胞(autorhythmiccardiomyocyte)2.按电生理学特点快反应非自律细胞（fastresponsenon-autorhythmiccell）快反应自律细胞（fastresponseautorhythmiccell）慢反应自律细胞（slowresponseautorhythmiccell）★工作心肌细胞的电活动特点（一）内向整流钾通道（IK1）与静息电位静息电位产生的两个关键条件：1.细胞膜内外具有明显K+浓度差2.静息时膜对K+有通透性表9-1心肌细胞内、外几种主要离子的浓度及其平衡电位----------------------------------------------------------------------------------------浓度（mmol/L）离子------------------------------------------平衡电位（mV）细胞内液细胞外液----------------------------------------------------------------------------------------Na+10145 +67K+1504 -94Ca2+10-41.8+130Cl-20120-47----------------------------------------------------------------------------------------注：表中Ca2+浓度指胞浆内游离Ca2+浓度静息期细胞膜的电活动

钠背景电流（Na+backgroundcurrent）：部分抵消了细胞内的负电荷，可能是静息电位实测值低于理论值的重要原因之一。钠-钾泵（sodium-potassiumpump）活动：钠-钾泵活动时，通过耗能将细胞内多余的Na+驱出细胞，将部分动作电位期间流到细胞外的K+泵入细胞内。钠-钾泵活动时泵出的Na+数多于泵入的K+数，于是形成一个外向电流，称为泵电流（pumpcurrent,Ipump），这种泵电流使膜电位发生一定程度的超极化，但一般不超过10mV。钠-钙交换：由钠-钙交换体（Na+-Ca2+exchanger）介导，是3个Na+和1个Ca2+的跨膜交换，因而也是一种电荷不对称性交换，具有生电性。

（二）工作心肌细胞的动作电位分0、1、2、3、4期去极相（0期）复极相（1、2、3、4期）具有较长的平台期和有效不应期，因此心肌不会发生强直收缩，动作电位时程（actionpotentialduration,APD）可达200ms以上。动作电位幅度（actionpotentialamplitude，APA）（可达120mV），超射（overshoot）约30mV图心肌细胞动作电位模式图A：窦房结；B：心房肌；C：心室肌图9-2.心脏特殊传导组织、各部位心肌细胞动作电位图形特点及其与心电图波形的关系图中数字表示窦房结的兴奋冲动传至心脏不同部位时所需要的时间（秒）（3）去极化和快钠离子流：

电压门控钠通道（voltage-gatedNa+channel，INa通道）开放，Na+快速流入细胞阈电位（thresholdpotential）约为-70mV

钠通道的三种功能状态：

备用（静息）：通道关闭，但受到刺激可以开放。包括复活（reactivation）状态。

激活：开放

失活：通道处于不仅关闭、而且受到刺激也不能开放。

失活的快钠通道的再度开启钠通道阻断剂：河豚毒（TTX）Restingstate-90mVActivationstate-60~+30mVInactivationstate+30~-90mV（4）复极化及其离子流机制：1）1期（phase1）复极化：主要由瞬时外向离子流（transientoutwardcurrent，Ito），

Ito的载荷离子是K+。INa通道的失活和Ito通道的激活共同形成了1期。

Ito通道也具有激活门和失活门，通道在激活后很快就失活关闭，故名“瞬时性”通道。

2）2期复极化：很缓慢，形成平台（plateau），也称为平台期（plateauphase）。主要离子流：

L型钙电流（long-lastingCa2+current，L-typeCa2+current，ICa-L）：Ca2+内流：

IK1：由于IK1通道的内向整流特性，阻止了K+的进一步外流，从而使动作电位2期内少量的Ca2+内流就使膜电位保持在去极化状态的平台，甚或向上隆起形成圆顶。随着动作电位复极化到接近静息电位时，内向整流现象解除，K+又可经IK1通道外流而加速最后的复极化过程。

延迟整流钾电流（delayedrectifierK+current,IK）图9-9.心室肌细胞动作电位时程中ICa-L幅值的变化图9-8.心室肌细胞动作电位时程中IK1幅值的变化注：由于内向整流特性，从动作电位去极化到平台期，IK1幅值锐减；在3期后期，内向整流现象消除，而驱使IK1外流的动力大于静息状态，所以IK1幅值暂时超过正常。3）3期复极化约需100~150ms3期复极化主要是由于Ca2+内流逐渐停止和K+外流逐渐增加所致延迟整流钾通道（delayedrectifierK+channel，IK通道）是3期K+外流的主要通道图9-10.狗心室肌细胞动作电位复极化过程中延迟整流钾电流IKr和IKs幅值的变化4）4期（静息期）此时膜电位复极化至静息电位并稳定在此电位水平

离子泵（特别是钠-钾泵和钙泵）

离子交换体（如钠-钾交换体，钠-钙交换体等）将Na+移出，并将流至膜外的K+移入，将胞质内升高的Ca2+移出细胞或/和移入肌质网的钙池，使胞质内的离子水平恢复到高钾、低钠和低钙的静息正常水平。三、自律心肌细胞的电活动（二）自律心肌细胞的舒张期自动去极化活动If通道与快反应自律细胞的舒张期自动去极化最大舒张电位（maximaldiastolicpotential）普肯耶细胞的舒张期自动去极化机制：现在认为是If（内向电流）和IK（外向电流）共同作用的结果，但以If为主If通道：在超极化时激活，是一种超极化激活的阳离子通道（hyperpolarization-activatedcationchannel，Ihchannel），允许Na+和K+通过，因此If电流是一种内向Na+流和外向K+流的混合离子流，但以Na+内流为主图9-12普肯耶细胞起搏原理示意图上：普肯耶细胞跨膜电位；下：A代表If的离子电导；B代表IK的钾电导2.慢反应自律细胞的舒张期自动去极化机制至少与IK、If和ICa-L三种离子流有关：

（1）IK电流的去激活衰减：外向电流

¯

（2）If离子流的激活：Na+内流为主，K+外流为辅。

P细胞的If电流幅值远小于普肯耶细胞

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

：ICa-T通道的激活电位约为-50mV，ICa-T通道开放后形成一个短暂、微弱的内向Ca2+电流，可能参与P细胞的起搏活动。阻断剂：Ni2+和miberfradil图9-14窦房结P细胞舒张期去极化和动作电位发生原理示意图（引自姚泰：《生理学》第一版，北京，人民卫生出版社，2005）★心肌的电生理学特性

兴奋性

传导性

自律性 机械特性： 收缩性电生理学特性

一、心肌的兴奋性（一）心肌的兴奋性取决于:1.离子通道的性状

2.静息电位（或最大舒张电位）和阈电位之间的差值

（二）心肌的兴奋性在整个动作电位过程中呈现规律性的变化 绝对不应期（absoluterefractoryperiod,ARP） 有效不应期（effectiverefractoryperiod,ERP）

相对不应期（relativerefractoryperiod,RRP）

超常期（supernormalperiod,SNP）

图9-15心室肌细胞动作电位过程中兴奋性的变化及其与机械收缩的关系A：动作电位；B：机械收缩；ARP：绝对不应期；ERP：有效不应期；LRP：局部反应期；RRP：相对不应期；SNP：超长期（三）心肌有效不应期长的生理学意义1.心肌不发生强直收缩

2.期前收缩和代偿间歇

期前收缩（prematuresystole），简称早搏

室性早搏（prematureventricularcontraction,PVC）

房性早搏（prematureatrialcontraction,PAC）

交界性早搏（junctionalextrasystole）代偿性间歇（compensatorypause）图9-16期前收缩和代偿间歇额外刺激a、b、c落在有效不应期内，不引起反应；额外刺激d落在相对不应期内，引起期前收缩和代偿间歇（四）心肌的兴奋性的影响因素1.细胞外液电解质浓度（1）钾离子：细胞外高钾：轻度高钾：兴奋性增高（轻度去极化）

重度高钾：兴奋性降低甚至丧失（重度去极化）

细胞外低钾：IK1通道对K+的通透性降低，K+循IK1通道外流减少，膜电位去极化，兴奋性升高。APD延长，Q-T间期延长，T波低平。（2）钙离子：细胞外高钙：

Ca2+对快钠通道的屏障作用加强，使阈电位水平上移，静息电位与阈电位之间的距离增大，故心肌的兴奋性降低。

细胞外低钙：轻、中度低钙：阈电位水平下移，静息电位与阈电位之间的距离减小，故心肌的兴奋性增高。重度低钙：在静息膜电位水平快钠通道已有部分失活，因而心肌的兴奋性反而降低。

2.pH值改变对心肌兴奋性的影响

细胞外液pH值降低：可抑制快钠通道，使阈电位水平上移，细胞的兴奋性降低。细胞内液pH值降低：可抑制IK1通道，使膜电位去极化，从而使快钠通道发生一定程度的失活；另一方面又可降低快钠通道的开放概率，故快反应细胞的兴奋性降低。

二、心肌的传导性（conductivity）（一）心肌是功能合胞体（functionalsyncytium），动作电位可通过缝隙连接在细胞之间进行传递。房室交界区（atrioventricularjunction）是心房肌和心室肌之间唯一的兴奋传导通道。如出现房室交界区的完全性传导阻滞（completeAVblock)，则会导致房室分离（atrio-ventriculardissociation）。（二）心脏的特殊传导组织是特化了的心肌，传导性增强，收缩性丧失。有以下结构：窦房结：主导起搏点（dominantpacemaker）房室交界：包括房结区、结区、结希区、希氏束房间束（巴氏束，优势传导通路）结间束：①前结间束：分出巴氏束（Bachmannbundle）②中结间束；③后结间束。房室束（希氏束，Hisbundle）左右束支普肯耶氏纤维：与普通心肌细胞形成缝隙连接图9-2.心脏特殊传导组织、各部位心肌细胞动作电位图形特点及其与心电图波形的关系图中数字表示窦房结的兴奋冲动传至心脏不同部位时所需要的时间（秒）（三）房室交界区 1.房室交界区的结构特点 房室交界区包括四个区域： ①房-结区（atrio-nodalzone,AN区） ②房室结区（即固有房室结，结区，nodalzone,N区） ③结-希区(nodal-Hiszone,NH区) ④希氏束（Hisbundle）图9-17房室交界区结构示意图atrial-nodalzonenodalzonenodal-HiszoneHisbundleinternodalpathwaysAVjunctionThestructureofAVjunction2.房室交界区的兴奋传导特点

心脏不同部位兴奋的传导速率（conductionvelocity，CV）大致为：窦房结：

<0.05m/s心房肌：

0.4m/s心房内优势传导通路：

1.0~1.2m/s房室交界区：

0.02m/s

兴奋通过房室交界区耗时约0.1s，这意味着心房和心室的兴奋存在0.1s的时间差，即房室延搁（atrioventriculardelay），它保证了心室的收缩发生在心房收缩完毕之后，故有利于心室的充盈和射血。房室传导阻滞（atrio-ventricularconductionblock,A-Vblock）房室束、束支和普肯耶氏纤维： 2~4m/s心室肌：

0.4~0.5m/s预激综合征（pre-excitationsyndrome，Wolf-Parkinson-Whitesyndrome,WPWsyndrome）的形态学基础：少数人的附加传导束：Kent束（肯氏束）：是在纤维环浅面出现的连接心房肌和心室肌的肌束，一般为一条，有时为两条或多条。James旁路束（杰氏束）：后结间束的大部分纤维和前、中结间束的小部分纤维，可绕过房室结的中上部，直接进入房室结下部或房室束的近侧部。lMahaim纤维（马氏束）：由房室结、房室束或束支主干发出的纤维直接至室间隔心肌。

（四）心肌传导性的影响因素结构因素（1）心肌细胞的细胞内电阻：取决于细胞直径（2）闰盘的密度2.生理因素

（1）心肌细胞的电生理学特性对心肌传导性的影响

1）心肌动作电位0期最大去极化速度和幅度

膜反应曲线（membraneresponsivenesscurve）

2）邻近未兴奋部位心肌的兴奋性

3）静息期的长短心肌电周期（cardiacelectriccycle）

动作电位时程和心肌激动传导速率的回馈特性

图9-18膜反应曲线（2）电解质浓度及自主神经对心肌传导性的影响和调节1）电解质浓度对心肌传导性的影响：细胞外高钾：可使静息电位向去极化方向变动，可使快钠通道部分或全部失活，导致传导速度减慢或传导阻滞。细胞外低钾：由于静息时膜对K+的通透性降低，K+外流减少，也使静息电位向去极化方向变动，因此也使传导性降低。2）自主神经对心肌传导性的调节：交感神经：其递质NE具有加快房室交界区传导的作用，称为正性变传导作用（positivedromotropicaction）。NE激动b受体，使ICa-L通道开放，Ca2+内流增加，故房室交界区的慢反应细胞动作电位0期去极化速度和幅度增加，因而传导加快。迷走神经：其递质乙酰胆碱具有减慢房室交界区传导的作用，称为负性变传导作用（negativedromotropicaction）。迷走神经递质乙酰胆碱可使ICa-L通道开放概率降低，ICa-L幅值减小，故房室交界区的慢反应细胞动作电位0期去极化速度和幅度降低，因而传导减慢。迷走神经强烈兴奋时，可出现房室传导阻滞。

三、心肌细胞的自律性高低决定心率的快慢定义：在生理情况下，心脏特殊传导系统的心肌细胞在没有外来刺激的条件下能自动发生节律性兴奋，这种特性或能力称为自动节律性（autorhythmicity），简称自律性。一些概念：心律（heartrhythm）和心率（heartrate,HR）主导起搏点（dominantpacemaker）潜在起搏点（latentpacemaker）被动性异位心律，也称逸搏节律（escaperhythm）异位起搏点（ectopicpacemaker）（一）正常情况下窦房结是心脏的主导起搏点不同部位自律组织的发放频率：窦房结P细胞的自然发放频率最高可达100次/min，因而成为了心脏的主导起搏点。其余自律细胞的发放频率（次/min）为：房室交界区50，房室束40，末梢普肯耶细胞25。

窦房结成为心脏主导起搏点的原理：

（1）抢先占领（capture）：指窦房结P细胞的自律性高于其他各潜在起搏点的自律性，当潜在起搏点的4期自动去极化尚未达到其本身的阈电位时，已经被窦房结传来的窦性节律性冲动所激动而产生动作电位，因此其本身的自律性不能表现出来。（2）超速驱动压抑（overdrivesuppression）：自律细胞在受到高于其自身固有频率的节律性刺激时发生的节律性兴奋，称为超速驱动。超速驱动停止时，该自律细胞自身固有的自律活动不能立即恢复，需要经过一段时间后才能表现出来。这种在超速驱动后自身固有的自律活动暂时受到压抑的现象，称为超速驱动压抑。（二）自律性的高低取决于舒张期自动去极化的速率以及最大舒张电位和阈电位之间的距离（三）心肌细胞的自律性的调节因素1.K+浓度对心肌自律性的影响

细胞外K+离子浓度变化对窦房结P细胞的自律性没有明显影响，但对普肯耶细胞的自律性有明显影响。细胞外高钾：可使普肯耶细胞的最大舒张电位的负值减小（即向去极化方向变化），从而使If的激活程度降低，同时使IK1通道对K+离子的通透性增高，K+离子外流增加，这部分电流可部分地抵消If的内向电流，使浦肯野细胞的自律性降低。细胞外低钾：可使普肯耶细胞的自律性增高。

2.自主神经