生理学原理学习笔记之-心脏的电活动

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1、+ 心脏的电活动 生理学原理学习笔记之一 + 学习目的 n描述心肌动作电位的类型 n阐明心肌动作电位的离子基础 n解释心肌兴奋性的瞬时变化 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 心肌的跨膜电位 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 心肌动作电位 n快反应(fast response)动作电位: n发生在心脏的心房肌、心室肌即特殊传导纤维 n慢反应(slow response)动作电位: nSinoatrial (SA) node And Atrioventricular(AV) node n快慢反应的对比:

2、 n快反应细胞的静息膜电位(phase 4)负于慢反应 n快反应细胞动作电位上升支(phase 0)坡度、幅度都大于慢反应细胞 n慢反应心肌组织动作电位的传导速度慢于快反应心肌组织,兴奋 在慢反应组织中更容易收到阻滞。 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 心肌动作电位 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 静息电位的形成(Phase 4) n心肌动作电位的不同时期与细胞膜离子通透性改变有关,主要涉 及Na+、K+和Ca2+ n心肌细胞内的K+浓度远远大于细胞外的K+浓度;Na+和Ca2+的浓度梯 度与K+

3、相反 n静息细胞膜对K+的通透性高于Na+和Ca2+的通透性 nK+ 的跨膜移动: n基于浓度梯度的化学力,外向净扩散 n细胞内外静电差 n静息心肌细胞Na+的作用力方向与K+ 相反,因此实际静息膜电位略正于方程 推导值。静息心肌细胞中,K+的电导 约为Na+的100倍。 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 快反应依赖于Na+(Phase 0) n上升支构成0期(Phase 0) nNa+通过快通道的方式说明了每个通道有两种调控 Na+ 流动的门: nM gate ,膜电位负电性减小时打开通道 激活门 nH gate ,膜电位负电性减小时关闭通道失

4、活门 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR n4期(phase 4):化学力和静 电力推动Na+从胞外向内流 。但因激活门(M gate)关闭 ,内流很小即静息细胞几乎 没有Na+的内移 + 快反应依赖于Na+ 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR n使膜负电位减小的刺激打开M门 ,激活快Na+通道。细胞内存负 电荷减少,从而开启更多的Na+ 通道,加速了Na+的内流(再生 性激活) n快Na+通道的快速打开似的动作 电位0期Na+电导突然大量增大 。形成了动作电位陡峭的上升 支 + 快反应依赖于Na+ 中国科学院

5、深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR nNa+的快速内流瞬间减少了膜电 位的电负星。当膜电位达到0时 ,吸引Na+内流的静电力小时。 但由于浓度梯度的原因,Na+继 续进入细胞,膜电位变为正值( 超射)。 n扩散力仍然大于反向静电力, Na+继续进入胞内。但由于净驱 动力很小,而且此时大多数失 活门已经关闭,所以Na+内流变 慢(仍然为内向)。 + 快反应依赖于Na+ 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR n膜电位达到30mV时,H gate 关 闭, Na+ 内流停止。 n当所有 h 门关闭从而使快 Na+ 通道失活时,0

6、期结束。(注意 M gate 打开速度快于 H gate 关 闭速度) n第3期,细胞复极前h门保持关 闭状态,即c-d(ppt 第三页图 )细胞处于有效不应期(ERP ),此时不能引起新的兴奋。 第3期后期,从失活中恢复,细 胞可以产生新的兴奋,但一开 始很微弱,最后所有快Na+通道 的h门再次打开,m门再次关闭 。 + 小结1:Na+在快反应中 n0期的上升支:一个超过阈值的刺激激活Na+快速通道,膜电位 去极化,形成动作电位上升支;Na+在0期中起主要作用。 n3期:前半段处于有效不应期(ERP);后半段处于相对不应期 (RRP),从失活中恢复。非主要性态影响因素。 n4期:非主要性态影

7、响因素,Na+内流很小。 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 早期复极化(phase 1) n1期:早期、短暂的有限复极,形成上升支末端 到平台期开始前的一个切迹。 n瞬时外向电流 ito 的激活引起复极。 ito 的主要成 分为K+。 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR n原因:细胞内呈正电性;胞 内K+大于胞外K+,带正电离 子瞬时外流导致细胞短暂而 部分复极化。 + 平台期(phase 2) nCa2+在动作电位平台期通过Ca2+通道 进入心肌细胞。Ca2+的激活和失活所 需的时间都比快Na+通道长很

8、多。 n2期的平坦部分,Ca2+的正电荷内流 和K+的正电荷外流相平衡。( ito 直到2 期结束仍未完全失活) nCa2+通道受到电压调控,在动作电位 上升支时期,膜电位负电性逐渐消失 时已被激活。 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 平台期(K+电导) n动作电位平台期(2期),膜两侧的K+浓度梯度几乎与4期相等 n2期跨膜电位为正,化学力与静电力外推K+。并且,在膜电位上 升到动作电位峰值附近时, gk 下降,伴有K+电流的减小,以此 确保平台区期间细胞不会有大量的K+流失。 Created By ARTHUR nGk的减少,称为内向整流 +

9、 终末复极(phase 3) 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR nK+的外流开始超过Ca2+的内流,三种 外向K+电流: nik :延迟整流通道 nik1: 内向整流通道 nito:瞬时外向电流通道 nito与ik促进复极化开始 nIk1通道影响了3期的复极化速度 + 快反应心脏冲动快速传递的基础 n快反应是心脏冲动快速传导的基础 n动作电位沿纤维传导的速度直接与其幅度和0期电位变化率有关 n动作电位幅度越大,去极化的扩散速度就越快 n动作电位的幅度等于完全去极化和完全极化的电位差 n电位差决定局部电流 n局部电流将膜电位转换到阈值 n类似与局部刺激

10、,将纤维邻近的静息部分去极化达到阈电位 n若纤维兴奋部分去极化缓慢,则纤维上每个未兴奋部分需要更多时间 达到阈值(0位变化率:dVm/dt ) n静息膜电位水平也是传导速度的一个决定因素 n影响动作电位的幅度和上升相的斜率 nH gate 是电压门控的(Na+通道) 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 慢反应动作电位 n与快反应对比: n上升支变得缓慢 n早期复极化消失 n平台期变短 n平坦程度减少 n平台期到复极化末期的界限也不再明显 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR TTX阻断反应细胞的Na+通 道

11、+ 慢反应动作电位 n慢反应电位扩布的部分原因也是由于局部电流的存在,但其传导 过程的特点与快反应传导有量的区别 n慢反应传导更容易被阻滞 n快反应纤维对重复频率的反应要毕慢反应纤维快很多 n慢反应的相对不应期常常延续超过复极3期,甚至细胞完全复极 化后,仍有一段时间内不能诱发可传导的兴奋复极后不应性 n相对不应期初期诱发的电位小,而且上升支也不陡峭 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 心肌的兴奋性 nNa+电流的激活和失活造成不应期 n一个动作电位开始到能产生下一个动作电位的间隔(ERP) n快反应纤维:0期到3期的-50mV时。(许多快Na+通

12、道的电化学m 门和h门已经恢复静息状态) n彻底复极化前,当刺激大到足以在4期激发动作电位的强度时,才能 诱发动作电位。(RRP) nCa2+电流导致慢反应 n慢反应纤维的相对不应期常常延续超过复极3期。 n甚至可能在细胞完全复极化后一段时间不能诱发可传导的兴奋(复极 后不应性) n刺激周期的长度决定动作电位的持续时间 n周期长度的改变是某些心律失常发生和终止的重要因素 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 总结 n心肌细胞上记录所得的跨膜动作电位的5个时期: n0期:超过阈值的刺激激活快Na+通道,膜电位快速去极化,形成动 作电位的上升支 n1期:

13、K+通过介导瞬时外向电流ito的跨膜通道外流,产生早期部分复 极化,形成切迹 n2期:Ca2+通过跨膜Ca2+通道内流,K+通过集中K+通道外流,两者 之间达到平衡,形成平台区 n3期:当K+的外流超过Ca2+的内流,进入复极化默契。复极化加速了 K+电导的增加,细胞快速恢复到完全复极化状态 n4期:完全复极化细胞的静息电位主要由细胞膜上ik1通道的电导性决 定 n心房肌、心室肌和心室特殊传导纤维上可记录到快反应动作电位 。这些动作电位幅度大,上升支陡峭,平台期相对较长。 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR + 总结 n快反应纤维的有效不应期从动作电位的上升支开始,终止于3期 中部。3期中期以后,纤维表现为相对不应期。纤维完全复极化 (4期)后,再次表现出完全的可兴奋性。 n正常的房室结细胞、窦房细胞以及部分去极化的异常心肌细胞上 科技路到慢反应动作电位。-区别。 n慢反应纤维在上升支开始就表现为绝对的不应性,直到3期结束 甚至是纤维完全复极化之后,才可重新获得部分的兴奋性。 中国科学院深圳先进技术研究院医工所微创中心Created By ARTHUR

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