心臟電生理學(xué)基礎(chǔ)

關(guān)于心臟電生理學(xué)基礎(chǔ)第一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

心臟的機(jī)能主要是泵血，從而推動(dòng)血液循環(huán)。其所以有泵血功能，除心肌的形態(tài)結(jié)構(gòu)外，還有以電活動(dòng)為基礎(chǔ)的興奮機(jī)能和以機(jī)械活動(dòng)為基礎(chǔ)的收縮機(jī)能。心臟的興奮機(jī)能以心肌細(xì)胞的電變化為基礎(chǔ)，形成興奮性、自律性、傳導(dǎo)性等電生理特性，表現(xiàn)為興奮在心臟內(nèi)的發(fā)生和傳導(dǎo)，稱為心臟電生理。近40多年來(lái)，由于電生理和微電極技術(shù)的發(fā)展，已從細(xì)胞、亞細(xì)胞或分子生物學(xué)水平作了比較深入的研究，使我們對(duì)心電圖產(chǎn)生的基礎(chǔ)有了比較明確的認(rèn)識(shí)。第二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日一、心肌細(xì)胞的生物電現(xiàn)象

心肌細(xì)胞的生物電現(xiàn)象與神經(jīng)細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞一樣，表現(xiàn)為細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)存在著電位差及電位差變化，稱為跨膜電位(transmembranepotential)，簡(jiǎn)稱膜電位。細(xì)胞安靜時(shí)的膜電位稱靜息電位，也稱膜電位；細(xì)胞興奮時(shí)產(chǎn)生的膜電位稱動(dòng)作電位，是細(xì)胞興奮的標(biāo)志。

第三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日（一）心肌細(xì)胞生物電產(chǎn)生的基礎(chǔ)心肌細(xì)胞的生物電現(xiàn)象產(chǎn)生的基礎(chǔ)是：①細(xì)胞膜兩側(cè)帶電離子不均勻分布(表3－1)；②細(xì)胞膜在不同情況下對(duì)離子選擇通透性的變化，造成選擇性離子跨膜移動(dòng)。離子的跨膜移動(dòng)主要受下列四種因素的控制：即①細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性；②細(xì)胞膜內(nèi)外的電位梯度(電位差)；③細(xì)胞膜內(nèi)外離子的化學(xué)梯度(濃度差)；④鈉－鉀泵機(jī)能。第四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

表1－1心肌細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)幾種主要離子的濃度

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離子細(xì)胞內(nèi)液濃度(mmol/L)細(xì)胞外液濃度(mmol/L)

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Na＋30140

K＋1404.0

Ca2＋10～42.0

Cl－30104

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第五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日一、心肌細(xì)胞電生理1、心肌細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布

膜外膜內(nèi)K+5150Na+14515Cl-1206Ca++2<10第六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

心肌細(xì)胞膜內(nèi)外離子的不均勻分布源于細(xì)胞膜中存在著一種------鈉－鉀泵結(jié)構(gòu)(簡(jiǎn)稱鈉泵)，是鑲嵌在細(xì)胞膜中的一種特殊蛋白質(zhì)(Na+－K+依賴式ATP酶)，作用是分解ATP使之釋放能量，并利用此能量將細(xì)胞內(nèi)的Na+逆濃度轉(zhuǎn)移至細(xì)胞外，同時(shí)把細(xì)胞外的K+度轉(zhuǎn)移至細(xì)胞內(nèi)，從而形成和維持細(xì)胞內(nèi)高K+細(xì)胞外高Na+的不均勻的離子分布狀態(tài)。

;第七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日離子通道(ionicch-annels

心肌細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性是有選擇性的，主要是由于心肌細(xì)胞膜中存在著一類貫通細(xì)胞膜的離子通道蛋白質(zhì)，簡(jiǎn)稱離子通道(ionicch-annels)，是離子跨膜擴(kuò)散的通道。離子通道有如下特性：

1．離子通道分別對(duì)不同離子有選擇性的通透能力，如Na+通道只允許Na+通過(guò)，Ca2+通道主要通透Ca2+，對(duì)Na+有較小的通透；

2．各種離子通道的開(kāi)閉各需要特殊的條件，在某些特定的條件下，某種通道蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象或構(gòu)型改變，分子內(nèi)部出現(xiàn)有小孔道，使通道處于開(kāi)放狀態(tài)(激活)，可允許特定離子由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)擴(kuò)散，此時(shí)膜對(duì)該種離子的通透性增大。而在另一種條件下，該離子通透處于關(guān)閉(失活)狀態(tài)，膜變成對(duì)該離子不能通透。根據(jù)引起離子通透開(kāi)閉的條件，一般可將離子通透分為兩大類：①電壓依從性通道：其開(kāi)閉決定于膜電位水平；②化學(xué)依從性通道：其開(kāi)閉決定于環(huán)境中是否存在某種化學(xué)信號(hào)。

第八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3．各種離子通透具有不同的特異阻斷劑如Na+通道可被河豚毒類(TTX)特異性阻斷；四乙銨可特異阻斷K+通道，

Ca2+通道可被硝苯吡啶類特異阻斷。

當(dāng)帶電離子經(jīng)離子通道跨膜擴(kuò)散時(shí)便形成離子電流。正離子從細(xì)胞外擴(kuò)散至細(xì)胞內(nèi)或負(fù)離子外流，稱為內(nèi)向離子電流；正離子外流或負(fù)離子內(nèi)流，稱外向離子電流。內(nèi)向離子電流可使膜內(nèi)電位升高，外向離子電流可使膜內(nèi)電位降低。選擇性離子跨膜移動(dòng)可形成跨膜電位。

第九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日（二）靜息電位如用一臺(tái)靈敏的電測(cè)量?jī)x器的兩個(gè)微電極，測(cè)量處于安靜狀態(tài)的心室肌細(xì)胞的表面各點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)細(xì)胞表面各點(diǎn)之間并無(wú)電位差存在，表明安靜細(xì)胞的膜外各點(diǎn)是等電位的。但如把一個(gè)測(cè)量電極放在心肌細(xì)胞膜的外表面，把另一電極換成尖端只有1um左右的微電極刺入膜內(nèi)(圖2－1)，則在微電極剛穿膜的時(shí)候，測(cè)量?jī)x器上立即出現(xiàn)一個(gè)明顯的電位變化，說(shuō)明膜的內(nèi)外兩側(cè)存在著電位差。其數(shù)值如以膜外為零電位，則膜內(nèi)電位即相當(dāng)于-90mV。由于這一電位差存在于安靜心肌細(xì)胞膜的兩側(cè)，故稱靜息電位(restingpolential)，或稱膜電位。通常以膜內(nèi)電位的負(fù)值來(lái)表示靜息電位的值，正常心室肌細(xì)胞靜息電位的值為-90mV，是一種穩(wěn)定的直流電位。

第十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2－1心肌細(xì)胞的膜電位

（1）兩個(gè)微電極都放置在細(xì)胞外，在電極之間沒(méi)有電位差別，電位線在0水平。

（2）將一個(gè)微電極插入細(xì)胞內(nèi)，可以記錄到細(xì)胞內(nèi)外的電位差別，當(dāng)細(xì)胞在靜止期細(xì)胞內(nèi)的電位為-90mV。

（3）當(dāng)細(xì)胞激動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)快速除極的上升相，與細(xì)胞外相比，細(xì)胞內(nèi)的電位高達(dá)+30mV。

（4）這一時(shí)間代表復(fù)極的終末部分，逐漸回復(fù)到靜止期的膜電位水平。

第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

靜息電位的形成原理由于細(xì)胞膜內(nèi)外Na+、K+等離子分布的不均勻及膜對(duì)這些離子的通透性不同，正常情況下膜外Na+多而K+少，膜內(nèi)K+多而Na+少。安靜狀態(tài)時(shí)膜對(duì)K+的通透性高，對(duì)Na+的通透性很低，對(duì)有機(jī)負(fù)離子(A-)的通透性最低，此時(shí)K+可自由的通透細(xì)胞膜而擴(kuò)散，Na+則不易擴(kuò)散，A-幾乎不通透。K+便順濃度差經(jīng)K+通道向膜外側(cè)凈擴(kuò)散，而膜內(nèi)帶負(fù)電的A-又不能隨之?dāng)U散，因此隨著K+的外移，就在膜的兩側(cè)產(chǎn)生了內(nèi)負(fù)外正的電位差，稱濃差電勢(shì)。第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日靜息電位的形成原理

濃差電勢(shì)有抵制K+繼續(xù)外流的作用，隨著K+外流的增多，濃差電勢(shì)繼續(xù)增大，它阻止K+擴(kuò)散的力也愈大。當(dāng)驅(qū)動(dòng)K+外流的濃差電勢(shì)能與阻止K+外流的電位差勢(shì)達(dá)到平衡時(shí)，凈的鉀外流停止，膜電位保持相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)即----------K+平衡電位，所以靜息電位主要是K+平衡電位組成。

第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日靜息電位的形成原理因?yàn)殪o息電位是K+外流所形成的平衡電位，主要取決于膜對(duì)K+的通透性和膜內(nèi)外的K+的濃度差，故當(dāng)細(xì)胞膜對(duì)K+的通透降低或細(xì)胞外K+度降低時(shí)，均可稱靜息電位減小。

第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日（三）動(dòng)作電位

動(dòng)作電位------指細(xì)胞興奮時(shí)發(fā)生的短暫而劇烈的膜電位波動(dòng)過(guò)程。當(dāng)安靜細(xì)胞受到一次外加刺激(人工給予或由鄰接細(xì)胞的興奮所引起)而興奮時(shí)，受刺激部位的細(xì)胞膜兩側(cè)電位發(fā)生短暫的變化，細(xì)胞膜外突然由正變負(fù)，膜內(nèi)由負(fù)變正，稱為除極化或反極化。稍后，膜兩側(cè)的電位又恢復(fù)到受刺激前的狀態(tài)(即膜外為正，膜內(nèi)為負(fù))，稱為復(fù)極化。心肌細(xì)胞的動(dòng)作電位分為五期（圖2-2）。

第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2-2心室肌細(xì)胞的動(dòng)作電位曲線與細(xì)胞內(nèi)外離子運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

（1）心電圖（2）動(dòng)作電位曲線（3）細(xì)胞內(nèi)外離子運(yùn)動(dòng)（4）離子通透性

第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2、心肌細(xì)胞動(dòng)作位與離子流第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日1.除極(除極)化過(guò)程又稱“0”時(shí)相。當(dāng)心肌細(xì)胞受到外來(lái)刺激(在體內(nèi)是來(lái)自竇房結(jié)產(chǎn)生并下傳的興奮)作用后，心室肌細(xì)胞的膜內(nèi)電位由靜息狀態(tài)下-90mV迅速上升到+30mV左右，構(gòu)成動(dòng)作電位的升肢?！?”時(shí)相除極化不僅是原有極化狀態(tài)的消除，而且膜內(nèi)外極性發(fā)生倒轉(zhuǎn)，超過(guò)“0”電位的正電位部分稱為超射?！?”時(shí)相占時(shí)1～2ms，幅度可達(dá)120mV。

第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

形成原理

在外來(lái)刺激(在體內(nèi)是傳導(dǎo)而來(lái)的興奮)的作用下，引起Na+通道的部分開(kāi)放，Na++從膜外少量擴(kuò)散至膜內(nèi)，使膜部分除極化，膜電位由靜息電位(-90mV)減少至閾電位水平(-70mV)時(shí)，細(xì)胞膜上的Na++通道大量激活而開(kāi)放。此時(shí)膜上Na++通道的開(kāi)放數(shù)目和開(kāi)放概率都明顯增加。由于細(xì)胞外的鈉濃度遠(yuǎn)比細(xì)胞內(nèi)為高(約20：1)，而且細(xì)胞內(nèi)的電位遠(yuǎn)比細(xì)胞外負(fù)，膜內(nèi)外的化學(xué)濃差電勢(shì)和電位差勢(shì)都促使Na+向細(xì)胞內(nèi)彌散，而此時(shí)膜對(duì)K+的通透性大為降低，Na+帶著正電荷從快Na+通道迅速內(nèi)流，形成快鈉內(nèi)向電流(iNa)，使膜內(nèi)電位急劇上升，直至由負(fù)變正。這樣形成的膜內(nèi)外電位差有抑制Na+繼續(xù)內(nèi)流的作用。當(dāng)膜內(nèi)外的鈉濃差電勢(shì)及其所形成的電位差勢(shì)兩種拮抗的力量相等時(shí)，即達(dá)到了“電-化平衡”，此時(shí)，膜內(nèi)電位可從安靜狀態(tài)時(shí)的-90mV上升至+30mV，亦即瞬間內(nèi)上升120mV(即超射值)，此值相當(dāng)于Na+平衡電位。按Nernst公式計(jì)算：

第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日形成原理

RT[Na+]iRT140

Ena=─log───=──log──=+41.0mV

ZF[Na+]oZF30

Na+的平衡電位約+41mV，而實(shí)際測(cè)得的動(dòng)作電位為+30mV，這是由于膜對(duì)其他離子，如K+也有少量通透之故。

第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日形成原理“0”時(shí)相的Na+內(nèi)流:所經(jīng)過(guò)的Na+通道稱快鈉通道或快通道，其離子電流稱為快鈉內(nèi)向電流。快鈉通道不但激活開(kāi)放速度快，而且失活也快，當(dāng)膜除極到膜內(nèi)的負(fù)度＜-60mV以后，于幾毫秒之內(nèi)即失活而關(guān)閉，中止了Na+繼續(xù)內(nèi)流。此時(shí)快鈉通道盡管已關(guān)閉，但除極化仍在進(jìn)行，在快通道開(kāi)放時(shí)大量流入細(xì)胞內(nèi)的Na+內(nèi)流電流，其電荷平衡在當(dāng)時(shí)還來(lái)不及表現(xiàn)出來(lái)，需要以后慢慢的表現(xiàn)?？焘c通道失活后，膜電位需要復(fù)極做到膜內(nèi)電位絕對(duì)值＞-60mV以上，Na+通道才恢復(fù)到能再被激活開(kāi)放的備用狀態(tài)(或靜息狀態(tài))。

Na+通道的恢復(fù)過(guò)程稱復(fù)活?？霳a+通道是電壓依從性通道，可被河豚毒阻斷。由于快Na+通道激活開(kāi)放速度快，Na+內(nèi)流快，故心肌細(xì)胞”0”時(shí)相除極速度快，動(dòng)作電位升肢陡峭。第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

除極化過(guò)程“0”時(shí)相是動(dòng)作電位的主要部分，也就是“興奮”（擴(kuò)布性興奮)。膜電位的急劇變化起一種“引發(fā)”作用，可以引起細(xì)胞的其他機(jī)能活動(dòng)，如肌細(xì)胞的收縮腺細(xì)胞的分泌興奮的傳導(dǎo)等。

第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日除極化(“0”時(shí)相)主要是鈉內(nèi)流形成，受到膜對(duì)Na+的通透性膜內(nèi)外鈉的濃度差電位差(靜息電位)的影響。膜外Na+的通透性降低，膜內(nèi)外的鈉濃度差或靜息電位減少，均可使“0”時(shí)相除極化的幅度和速度降低。“0”時(shí)相的后期還有鈣電流成分在內(nèi)。鈣電流是慢電流(Isi),也有快成分。鈣電流由Ca2+攜帶，從Ca2+通道內(nèi)流，Ca2+通道的開(kāi)放始于“0”時(shí)相，但在“0”時(shí)相動(dòng)作電位中辨認(rèn)不出鈣電流。第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.復(fù)極化過(guò)程

膜從除極化狀態(tài)恢復(fù)到靜息電位和極化狀態(tài)的過(guò)程稱為復(fù)極化過(guò)程，可分為四期：

“I”時(shí)相(快速?gòu)?fù)極初期)“2”時(shí)相(緩慢復(fù)極期，平臺(tái)期)“3”時(shí)相(快速?gòu)?fù)極末期)“4”時(shí)相(靜息期或恢復(fù)期)第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日“I”時(shí)相(快速?gòu)?fù)極初期)

膜電位從+30mV迅速下降至0mV左右，占時(shí)約10ms，為早期復(fù)極相。“1”時(shí)相和“0”時(shí)相一樣，膜電位的變化極為迅速，常合稱為峰電位。形成的機(jī)制-------是由于快Na+通道失活，同時(shí)出現(xiàn)一過(guò)性外向電流。過(guò)去認(rèn)為這種外向電流為CL-內(nèi)流所致，第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日現(xiàn)在認(rèn)為---------“1”時(shí)相復(fù)極的機(jī)制包括：①鈉電流幅度開(kāi)始下降。決定“0”時(shí)相除極的Na+通道是一種快通道，是電壓依從性的，其特點(diǎn)是迅速激活、開(kāi)放，接著又迅速失活、關(guān)閉(在15ms以內(nèi))。當(dāng)膜除極到一定程度(0mV左右)時(shí)，Na+通道就開(kāi)始失活而關(guān)閉，最后終止Na+的繼續(xù)內(nèi)流。②與此同時(shí)，一種以往稱為瞬時(shí)性外向離子流的短暫性鉀電流(Ito)被激活,使膜電位迅速?gòu)?fù)極到平臺(tái)期電位水平(0～-20mV)。關(guān)于Ito離子成分,過(guò)去曾認(rèn)為是Cl-(Cl-內(nèi)流)，近來(lái)根據(jù)Ito可被四乙基銨和4-氨基吡啶等K+通透性阻滯劑所阻滯的研究結(jié)果，認(rèn)為------K+才是Ito的主要離子成分。

第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日“2”時(shí)相(緩慢復(fù)極期，平臺(tái)期)此期膜電位復(fù)極緩慢，初期停留在0mV左右，記錄圖形平坦，持續(xù)時(shí)間100～150ms。此期形成的機(jī)制是:同時(shí)存在緩慢的Ca2+內(nèi)流與K+外流。“0”時(shí)相除極化達(dá)到一定程度(膜內(nèi)負(fù)度約＜-55mV后，膜的慢Ca2+通道被激活開(kāi)放，由于細(xì)胞外液的Ca2+濃度遠(yuǎn)比細(xì)胞內(nèi)為高（約10000:1）。細(xì)胞內(nèi)的負(fù)電位又