心臟電生理學(xué)基礎(chǔ)課件

心臟電生理學(xué)基礎(chǔ)

心臟的機(jī)能主要是泵血，從而推動血液循環(huán)。其所以有泵血功能，除心肌的形態(tài)結(jié)構(gòu)外，還有以電活動為基礎(chǔ)的興奮機(jī)能和以機(jī)械活動為基礎(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，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，使我們對心電圖產(chǎn)生的基礎(chǔ)有了比較明確的認(rèn)識。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)，簡稱膜電位。細(xì)胞安靜時的膜電位稱靜息電位，也稱膜電位；細(xì)胞興奮時產(chǎn)生的膜電位稱動作電位，是細(xì)胞興奮的標(biāo)志。

表1－1心肌細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)幾種主要離子的濃度

────────────────────────

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

─────────────────────────

Na＋30140

K＋1404.0

Ca2＋10～42.0

Cl－30104

─────────────────────

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

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)。

;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可形成跨膜電位。

（二）靜息電位如用一臺靈敏的電測量儀器的兩個微電極，測量處于安靜狀態(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。但如把一個測量電極放在心肌細(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候，測量儀器上立即出現(xiàn)一個明顯的電位變化，說明膜的內(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。

圖2－1心肌細(xì)胞的膜電位

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

（2）將一個微電極插入細(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)胞激動時，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。

靜息電位的形成原理濃差電勢有抵制K+繼續(xù)外流的作用，隨著K+外流的增多，濃差電勢繼續(xù)增大，它阻止K+擴(kuò)散的力也愈大。當(dāng)驅(qū)動K+外流的濃差電勢能與阻止K+外流的電位差勢達(dá)到平衡時，凈的鉀外流停止，膜電位保持相對穩(wěn)定，此時即----------K+平衡電位，所以靜息電位主要是K+平衡電位組成。

靜息電位的形成原理因為靜息電位是K+外流所形成的平衡電位，主要取決于膜對K+的通透性和膜內(nèi)外的K+的濃度差，故當(dāng)細(xì)胞膜對K+的通透降低或細(xì)胞外K+度降低時，均可稱靜息電位減小。

（三）動作電位

動作電位------指細(xì)胞興奮時發(fā)生的短暫而劇烈的膜電位波動過程。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，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)胞的動作電位分為五期（圖2-2）。

2、心肌細(xì)胞動作位與離子流1.除極(除極)化過程又稱“0”時相。當(dāng)心肌細(xì)胞受到外來刺激(在體內(nèi)是來自竇房結(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)成動作電位的升肢。“0”時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“0”電位的正電位部分稱為超射。“0”時相占時1～2ms，幅度可達(dá)120mV。

形成原理

在外來刺激(在體內(nèi)是傳導(dǎo)而來的興奮)的作用下，引起Na+通道的部分開放，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，細(xì)胞膜上的Na++通道大量激活而開放。此時膜上Na++通道的開放數(shù)目和開放概率都明顯增加。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)濃差電勢和電位差勢都促使Na+向細(xì)胞內(nèi)彌散，而此時膜對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)外的鈉濃差電勢及其所形成的電位差勢兩種拮抗的力量相等時，即達(dá)到了“電-化平衡”，此時，膜內(nèi)電位可從安靜狀態(tài)時的-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公式計算：

形成原理“0”時相的Na+內(nèi)流:所經(jīng)過的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?？焘c通道不但激活開放速度快，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。此時快鈉通道盡管已關(guān)閉，但除極化仍在進(jìn)行，在快通道開放時大量流入細(xì)胞內(nèi)的Na+內(nèi)流電流，其電荷平衡在當(dāng)時還來不及表現(xiàn)出來，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)電位絕對值＞-60mV以上，Na+通道才恢復(fù)到能再被激活開放的備用狀態(tài)(或靜息狀態(tài))。Na+通道的恢復(fù)過程稱復(fù)活。快Na+通道是電壓依從性通道，可被河豚毒阻斷。由于快Na+通道激活開放速度快，Na+內(nèi)流快，故心肌細(xì)胞”0”時相除極速度快，動作電位升肢陡峭。除極化過程“0”時相是動作電位的主要部分，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，如肌細(xì)胞的收縮腺細(xì)胞的分泌興奮的傳導(dǎo)等。

除極化(“0”時相)主要是鈉內(nèi)流形成，受到膜對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”時相除極化的幅度和速度降低。“0”時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+通道的開放始于“0”時相，但在“0”時相動作電位中辨認(rèn)不出鈣電流?！癐”時相(快速復(fù)極初期)膜電位從+30mV迅速下降至0mV左右，占時約10ms，為早期復(fù)極相?！?”時相和“0”時相一樣，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，同時出現(xiàn)一過性外向電流。過去認(rèn)為這種外向電流為CL-內(nèi)流所致，現(xiàn)在認(rèn)為---------“1”時相復(fù)極的機(jī)制包括：①鈉電流幅度開始下降。決定“0”時相除極的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，Na+通道就開始失活而關(guān)閉，最后終止Na+的繼續(xù)內(nèi)流。②與此同時，一種以往稱為瞬時性外向離子流的短暫性鉀電流(Ito)被激活,使膜電位迅速復(fù)極到平臺期電位水平(0～-20mV)。關(guān)于Ito離子成分,過去曾認(rèn)為是Cl-(Cl-內(nèi)流)，近來根據(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。

“3”時相(快速復(fù)極末期)是繼平臺期之后的晚期快速復(fù)極時相。該期膜電位復(fù)極快速直達(dá)靜息電位水平，完成復(fù)極過程，占時100～150ms。形成的機(jī)制：------在平臺期后期Ca2+(及小部分Na+)的慢通道失活關(guān)閉，Ca2+內(nèi)流停止，膜電位下降，K+通過K+通道(ik，ix通道)外流，ik通道的K+外流比較恒定且較少，而ix通道的K+外流隨著其內(nèi)向整流作用，即當(dāng)膜電位愈接近K+平衡電位(-90mV)時，就愈促使K+外流，因而復(fù)極速度加快，直至恢復(fù)到靜息膜電位水平(-90mV)。