生理學(xué)課件第二節(jié)心臟的生物電活動(dòng)和生理特性

1、生理學(xué)課件第二節(jié)心臟的生物電活動(dòng)和生理特性內(nèi)向電流與外向電流內(nèi)向電流：正離子內(nèi)流或負(fù)離子外流形成的電流去極化外向電流：正離子外流或負(fù)離子內(nèi)流形成的電流復(fù)極化 或超極化 整流：物理學(xué)名詞，電流易向一個(gè)方向流動(dòng)，而不易向反方向流動(dòng)內(nèi)向整流：內(nèi)流正離子通透性或外流正離子通透性外向整流：外流正離子通透性或內(nèi)流正離子通透性相關(guān)概念:心肌細(xì)胞膜上的通道和電流Ik1K+一過性外向電流Ito內(nèi)向整流K電流Ik延遲整流K電流Na+INa+ 快Na+通道ICa-LCa2+Ca2+泵Na+-Ca2+交換體 雙向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，Na+ : Ca2+ = 3:1Na+-K+泵 Na+ : K+ = 3:2If 起搏電流 IC

2、a-T慢Ca2+通道(一).工作心肌細(xì)胞的跨膜電位及其形成機(jī)制 1.靜息電位: (Resting Potential，RP)主要離子流:Ik1電流(內(nèi)向整流電流)其它離子流: Na+背景內(nèi)流； Na+-K+泵（生電性）一.心肌細(xì)胞的跨膜電位及形成機(jī)制 工作細(xì)胞：心室肌、心房肌細(xì)胞跨膜電位：靜息電位和動(dòng)作電位人和哺乳類動(dòng)物心室肌細(xì)胞的靜息電位約為-90mVIk1通道對(duì)K+的通透性因膜的去極化而降低的現(xiàn)象稱為內(nèi)向整流。6Inward Rectifier “gating”Extracellular solutionIntracellular Solution-80 mV-30 mVK+K+Mg2+K

3、+K+K+K+K+K+K+多胺Mg2+2.動(dòng)作電位: (Action Potential，AP)2.動(dòng)作電位: (Action Potential，AP)刺激復(fù)極過程復(fù)雜，持續(xù)時(shí)間很長，降支與升支不對(duì)稱。（1）去極化過程：又稱0期 刺激RP閾電位激活快Na+通道Na+再生式內(nèi)流Na+平衡電位depolorization(去極化)過程：去極化過程又稱0期。在適宜的外來刺激作用下，心室肌細(xì)胞發(fā)生興奮，膜內(nèi)電位由靜息時(shí)的-90 mV迅速上升到+30 mV左右，形成動(dòng)作電位的升支。時(shí)間短（12 ms）幅度大（120 mV）速度快（Vmax可達(dá)200300 V/s）決定心室肌細(xì)胞0期去極化的Na+通道特

4、點(diǎn)：快：激活開放的速度和失活關(guān)閉的速度快,開放時(shí)間短，約1 ms；閾電位水平： 70mV；河豚毒（tetrodotoxin, TTX）可阻斷。（2）復(fù)極化過程： 1期：快速復(fù)極初期，占時(shí)約10 ms,常把這部分稱為鋒電位。 主要原因:瞬時(shí)外向電流（transient outward current, Ito）引起。Ito通道在去極化到 -30 mV時(shí)被激活開放510 msK+是Ito的主要離子成分。（2）復(fù)極化過程： 2期：平臺(tái)期，持續(xù)約100150 ms，是心室肌細(xì)胞動(dòng)作電位區(qū)別于骨骼肌和神經(jīng)細(xì)胞動(dòng)作電位的主要特征。初期：相對(duì)平衡狀態(tài)，隨后：內(nèi)向逐弱，外向漸強(qiáng)結(jié)果：出現(xiàn)隨時(shí)間推移而逐漸增強(qiáng)的

5、、微弱的外向電流（2）復(fù)極化過程 2期 （平臺(tái)期） 內(nèi)向離子流主要由Ca2+（少量Na+）負(fù)載 ：I Ca2+L 慢； 閾電位：40mV； 阻斷劑：Mn2+、多種鈣通道阻斷劑（如維拉帕米）外向離子流主要是由K+負(fù)載 ：I K 和 I K13期：快速復(fù)極晚期快速復(fù)極化至RP水平慢Ca2+通道失 活I(lǐng)K 通道通透性增加K+外流動(dòng)作電位時(shí)程:從0期去極化到3期復(fù)極化完畢的這段時(shí)間.心室肌細(xì)胞的動(dòng)作電位時(shí)程為200-300ms.（2）動(dòng)作電位 4期 （靜息期 恢復(fù)膜內(nèi)外的離子分布）Na+-K+泵：1分子ATP，轉(zhuǎn)運(yùn)3個(gè)Na+，2個(gè)K+ ；Na+- Ca2+交換體: 是存在于心肌細(xì)胞膜上的一種雙向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋

6、白，其Na+:Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)比為3:1。 (二)自律細(xì)胞的跨膜電位及其形成機(jī)制 自律細(xì)胞與非自律細(xì)胞跨膜電位的最大區(qū)別在4期；4期自動(dòng)去極化是自律細(xì)胞產(chǎn)生自動(dòng)節(jié)律性興奮的基礎(chǔ)；不同類型的自律細(xì)胞4期自動(dòng)去極化的速度和機(jī)制不完全相同。1竇房結(jié)P(pacemaker)細(xì)胞 慢反應(yīng)自律細(xì)胞 最大復(fù)極電位：-70mV閾電位： -40mV0期幅度小（70mV） 、速度慢（10V/s） 、時(shí)程長（7ms）心室肌細(xì)胞（A)與竇房結(jié)細(xì)胞(B)跨膜電位的比較 0期：L型鈣通道（ ICa-L ）開放，鈣離子內(nèi)流；竇房結(jié)細(xì)胞跨膜電位形成機(jī)制： 外向電流：IK進(jìn)行性衰減，為主要原因； 3期：鈣通道失活，K外流，IK；4

7、期：自動(dòng)去極化(去極化速度最快-自律性最高)無明顯的1期和2期. 內(nèi)向電流：If T型鈣流 2浦肯野細(xì)胞 快反應(yīng)自律細(xì)胞 Maximal repolarization potention(最大復(fù)極電位)：-90mV閾電位： -70mV0期幅度大（120mV） 、速度快（200 1000V/s） 、時(shí)程短（12ms）動(dòng)作電位分期：0期、1期、2期、3期和4期4期自動(dòng)去極化速度：0.02V/s IK （延遲整流電流） 慢； K負(fù)載為主 去極化至-40mV開始激活3期復(fù)極至-50mV開始關(guān)閉電流的衰減在浦肯野細(xì)胞自動(dòng)去極化過程所起的作用不大 If（起搏電流） 慢； Na負(fù)載為主 3期復(fù)極至60mV開

8、始激活時(shí)間依從性增強(qiáng)100mV 最大開放阻斷劑： Cs2+If電流的增強(qiáng)是浦肯野細(xì)胞自動(dòng)去極化過程的主要原因浦肯野細(xì)胞自動(dòng)去極化機(jī)制二.心肌的生理特性 傳導(dǎo)性：傳導(dǎo)電活動(dòng)收縮性：機(jī)械收縮活動(dòng)興奮性：產(chǎn)生動(dòng)作電位自律性：自動(dòng)去極產(chǎn)生動(dòng)作電位電生理特性概 念：心肌細(xì)胞在受到刺激時(shí)產(chǎn)生興奮的能力衡量指標(biāo)：刺激閾值 （一）興奮性1.興奮性的周期性變化 心肌細(xì)胞每發(fā)生一次興奮,其膜電位會(huì)發(fā)生一系列有規(guī)律的變化,其膜通道存在備用狀態(tài)、激活、失活和復(fù)活過程；同時(shí)心肌細(xì)胞的興奮性也隨之發(fā)生相應(yīng)的周期性改變,使心肌細(xì)胞在不同時(shí)期內(nèi)對(duì)重復(fù)刺激表現(xiàn)出不同的反應(yīng)能力或特性。興奮性的周期性變化 （1）有效不應(yīng)期： 絕對(duì)

9、不應(yīng)期：0期3期-55mV 局部反應(yīng)期：3期-55-60mV（2）相對(duì)不應(yīng)期： 3期-60mV-80mV（3）超常期： 3期-80mV-90mVlocal response periodrelative refractory periodsupranormal period有效不應(yīng)期 ERP絕對(duì)不應(yīng)期局部反應(yīng)期相對(duì)不應(yīng)期RRP超常期SNP對(duì)應(yīng)位置去極復(fù)極-55mV-55mV -60mV-60mV-80mV -80mV-90mV機(jī) 制Na+通道處于完全失活狀態(tài)Na+通道剛開始復(fù)活 Na+通道大部分復(fù)活 Na+通道基本恢復(fù)到備用狀態(tài)，距離閾電位近 新AP產(chǎn)生情況不能產(chǎn)生不能產(chǎn)生，但給強(qiáng)刺激可以產(chǎn)生

10、局部反應(yīng)較強(qiáng)刺激可以產(chǎn)生0期幅度、傳導(dǎo)、時(shí)程等較正常小的AP 較小刺激可以產(chǎn)生0期幅度、傳導(dǎo)、時(shí)程等較正常小的AP 興奮性00低于正常高于正常心室肌細(xì)胞興奮性的周期性變化2. 影響心肌細(xì)胞興奮性的因素 ： （1) 靜息電位/最大復(fù)極電位水平： 絕對(duì)值興奮性 引起興奮所需的刺激閾值距閾電位的差距絕對(duì)值興奮性 引起興奮所需的刺激閾值距閾電位的差距絕對(duì)值興奮性 引起興奮所需的刺激閾值距閾電位的差距部分鈉通道失活 閾電位上移（2）閾電位水平： 奎尼丁可抑制鈉通道的激活，使閾電位上移，興奮性下降。 （3）引起0期去極化的離子通道性狀 通道的三種功能狀態(tài)： 備用、激活、失活；通道處在正常備用狀態(tài)是細(xì)胞具有

11、興奮性的前提；通道處于何種狀態(tài)是電壓依從性和時(shí)間依從性的。Na+通道的三種狀態(tài)3.興奮性的周期性變化與收縮活動(dòng)的關(guān)系骨骼肌收縮期和舒張?jiān)缙谑鎻埻砥谛募〔粫?huì)發(fā)生興奮收縮心肌可以興奮收縮第二次收縮不會(huì)與第一次收縮疊加第二次收縮能夠與第一次收縮疊加心肌不會(huì)發(fā)生完全強(qiáng)直收縮期前興奮和期前收縮: 在心室肌的有效不應(yīng)期后,下一次竇房結(jié)興奮到達(dá)前,心室受到一次外來刺激,可提前產(chǎn)生一次興奮和收縮.代償性間歇:在一次期前收縮之后往往會(huì)出現(xiàn)一段較長的心室舒張期.（二）傳導(dǎo)性概 念：心肌細(xì)胞具有傳導(dǎo)興奮的能力或特性。衡量指標(biāo)：興奮的傳播速度 (1)傳導(dǎo)原理：局部電流。 興奮在心肌細(xì)胞膜上的傳導(dǎo)1.心臟內(nèi)興奮傳播的途

12、徑和特點(diǎn) 竇 房 結(jié) 結(jié)間束 房間束（優(yōu)勢(shì)傳導(dǎo)通路） 房室交界 心房肌 房室束 左、右束支 浦肯野纖維 心室肌(2)傳導(dǎo)途徑-特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)浦氏纖維(4m/s) 束支(2m/s) 心室肌(1m/s) 心房肌(0.4m/s) 結(jié)區(qū)(0.02m/s)傳導(dǎo)時(shí)間 心房內(nèi)-房室交界-心室內(nèi)(0.06s) (0.1s) (0.06s) 興奮在心臟各部分的傳導(dǎo)速度不同興奮傳播的時(shí)空有序性；不同部位興奮傳導(dǎo)速度的差異；房-室延擱浦肯野纖維最快同步收縮，利于射血;房室交界最慢房室延擱0.13s利房排空、室充盈;房室交界是傳導(dǎo)必經(jīng)之路，易出現(xiàn)傳導(dǎo)阻滯。2.影響傳導(dǎo)性的因素 影響傳導(dǎo)性的因素結(jié)構(gòu)因素 生理因素 細(xì)胞的

13、直徑 細(xì)胞間縫隙連接的數(shù)量和功能狀態(tài) 0期去極化的速度和幅度 鄰近未興奮部位膜的興奮性 小直徑細(xì)胞 竇房結(jié)細(xì)胞 大直徑細(xì)胞 房室交界區(qū)細(xì)胞 心房肌細(xì)胞心室肌細(xì)胞浦肯野細(xì)胞 (三)自動(dòng)節(jié)律性思考:心臟離體后為什么還能有節(jié)律地跳動(dòng)?概 念：心肌在無外來刺激條件下自動(dòng)產(chǎn)生節(jié)律性興奮的能力或特性。衡量指標(biāo)：頻率和規(guī)整性 1心臟自律性的來源心臟的起搏點(diǎn) 竇房結(jié)細(xì)胞：100次/分房室交界區(qū)： 50次/分房 室 束： 40次/分浦肯野細(xì)胞： 25次/分主導(dǎo)整個(gè)心臟興奮和跳動(dòng)的正常部位，稱為正常起搏點(diǎn)正常不表現(xiàn)其自律性，稱為潛在起搏點(diǎn)自律性表現(xiàn)出來，控制心肌的興奮跳動(dòng)，稱為異位起搏點(diǎn)某些情況下(二)自動(dòng)節(jié)律性

14、搶先占領(lǐng): 潛在起搏點(diǎn)在4期自動(dòng)去極化尚未達(dá)到閾電位水平之前,已經(jīng)受到來自竇房結(jié)的激動(dòng)作用而產(chǎn)生動(dòng)作電位,使其自身的自律性不能表現(xiàn)出來.超速驅(qū)動(dòng)壓抑: 當(dāng)自律細(xì)胞在受到高于其固有頻率的刺激時(shí),就按外加刺激的頻率發(fā)生興奮(超速驅(qū)動(dòng)).當(dāng)外來的超速驅(qū)動(dòng)刺激停止后,自律細(xì)胞不能立即呈現(xiàn)其固有的自律性活動(dòng),需經(jīng)一段靜止期后才逐漸恢復(fù)其自律性.超速驅(qū)動(dòng)壓抑的程度與兩個(gè)起搏點(diǎn)自動(dòng)興奮頻率的差值呈平行關(guān)系,頻率差值越大,壓抑效應(yīng)越強(qiáng).2.竇房結(jié)控制潛在起搏點(diǎn)的主要機(jī)制： 竇房結(jié)對(duì)于潛在起搏點(diǎn)的控制方式： 超速驅(qū)動(dòng)壓抑3影響自律性的因素 （1）4期自動(dòng)去極化速度； （2）最大復(fù)極電位水平； （3）閾電位水平。

15、A：起搏電位斜率由a減小到b時(shí)，自律性降低 B：最大復(fù)極電位水平由a達(dá)到d，或閾電位由TP-1升到TP-2時(shí)，自律性均降低TP：閾電位(四) 收縮性(1) 同步收縮(“全或無”式收縮) 由于縫隙連接的存在，興奮可在心肌細(xì)胞間迅速直接傳播，使心房或心室的所有心肌細(xì)胞幾乎同步發(fā)生收縮，整個(gè)心房或整個(gè)心室構(gòu)成一個(gè)功能性合胞體。1. 心肌收縮的特點(diǎn)：(2)不發(fā)生完全強(qiáng)直收縮 心肌興奮后有效不應(yīng)期特別長，相當(dāng)于整個(gè)心肌細(xì)胞的收縮期和舒張?jiān)缙?，因此心肌不可能在收縮期內(nèi)再接受刺激產(chǎn)生興奮和收縮，即心肌不會(huì)發(fā)生完全強(qiáng)直收縮。(3)對(duì)細(xì)胞外Ca2+的依賴性 心肌細(xì)胞的興奮-收縮耦聯(lián)過程高度依賴于細(xì)胞外Ca2+(鈣觸發(fā)鈣釋放)2. 影響心肌收縮的