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1、第二节心脏的电生理学及生理特性 心脏的生物电活动 心肌细胞 工作细胞 心房肌和心室肌细胞 自律细胞 房结区 结希区 结区 心肌细胞的分类 心肌细胞的分类及生理特性 一 心肌细胞的跨膜电位及形成机制 一 工作细胞的跨膜电位及形成机制 心室肌 1 静息电位 restingpotential Rp 80 90mV 心室肌 Whatisrestingpotential 主要是Ek K 经内向整流钾通道 IK1通道 外流引起的K 平衡电位但Ek为 94mV 而RP为 90mV 表明还有其它因素参与 如钠背景电流和泵电流引起的Na 的内流 心室肌细胞静息电位形成机制 IK1通道 内向整流钾通道 inwar
2、drectifierK channel 为非门控通道 但膜去极化时胞内的Mg2 和多胺 腐胺 亚精胺 精胺 阻塞IK1通道口 心肌细胞静息时开放 是形成心室肌细胞静息电位的基础 其对K 的通透性因膜的去极化而降低 2 心室肌细胞动作电位 actionpotential Whatisactionpotential 心室肌细胞与神经细胞动作电位的比较 2 心室肌细胞动作电位 actionpotential 心室肌细胞AP分期和形成机制 2 心室肌细胞动作电位 actionpotential 1 去极化过程 0期 phase0 从 90mV 30mV 约1 2ms 200 400V S去极化到阈电位
3、 70mV 快INa通道开放 出现再生性Na 内流 Na 顺电 化学梯度进入细胞内 后期有少量ICa T 去极化 Whatisthresholdpotential 2 心室肌细胞动作电位形成机制 快INa通道特点 奎尼丁 普鲁卡因胺 丙吡胺等 2 复极化过程 慢 历时200 300ms包括1期 2期 3期1期复极 快速复极初期 30mV0mV左右 历时约10ms0期和1期合称锋电位 spikepotential 2 心室肌细胞动作电位形成机制 1期快速复极 是由K 负载的瞬时外向电流 transientoutwardcurrent Ito 所引起 2 心室肌细胞动作电位形成机制 ICl 2 心
4、室肌细胞动作电位形成机制 瞬时外向电流 transientoutwardcurrent Ito 去极化达 30mv时激活 开放5 10ms Ito由K 负载 Ito存在种属差异 存在Ito1与Ito2 Ito可被钾通道阻断剂4 氨基吡啶 4 AP 选择性阻断 Ito2 ICl Ca 钙浓度增加激活的Cl 流可被氯通道阻滞剂阻断 2期 平台期 plateau 膜电位水平在0mV上下 历时100 150ms是心室肌AP持续较长时程的主要原因是区别于神经或骨骼肌细胞动作电位的主要特征 2 心室肌细胞动作电位形成机制 2 期形成机制 两种电流内向电流 ICa L L型钙电流 慢失活INa INa Ca
5、外向电流 IK 延迟整流钾电流 IK1 Ipump 2 心室肌细胞动作电位形成机制 T型 transientchannel Ca2 通道 介导T型钙电流 T typecalciumcurrent ICa T 属于快通道 激活和失活均快 阈电位为 50 60mV 参与0期去极过程 可被镍 NiCl2 阻断 一般钙拮抗剂对ICa T无阻断作用L型 long lastingchannel Ca2 通道 介导L型钙电流 L typecalciumcurrent ICa L 属于慢通道 激活 失活和复活均慢 阈电位为 40mV 2期的主要内向离子流 可被Mn2 维拉帕米 地尔硫卓阻断 心肌细胞膜的Ca2
6、 通道电流 3期复极 快速复极末期 0mV 90mV历时约为100 150ms 2 心室肌细胞动作电位形成机制 Ca2 和少量Na 的递减性内流停止 Ca2 通道完全失活 膜对K 的通透性 再生性K 外流 Ik通道 3期复极 3期复极机制 2 心室肌细胞动作电位形成机制 IK通道 延迟整流钾电流 delayedrectifierK current IK 介导心室肌动作电位3期K 离子外流 IK受抑制时 3期复极会明显延长 临床 类抗心律失常药主要以抑制IK如 胺碘酮 索他洛尔 有IKr IKs等亚型 4期 静息期 也称电舒张期 排出细胞内Na 和Ca2 摄回细胞外K Na K 泵活动Ca2 主
7、动转运 Na Ca2 交换 继发性主动转运 Ca2 泵活动 2 心室肌细胞动作电位形成机制 3Na Ca2 3Na 2K 心室肌生物电形成机制小结 动作电位时程 actionpotentialduration APD 0期 3期 200 300ms 2 心房肌细胞动作电位 2 心房肌细胞跨膜电位 心房肌细胞跨膜电位的特点 静息电位为 80mV IK1通道密度稍低 Na 内漏稍多 0期 1期 3期产生的机制与心室肌细胞相似 AP历时较短 150 200ms 无明显2期复极 Ito通道发达 心房肌细胞富含Ik ACh通道 心房颤动 电学重构 ICa Ito Ik ACh Ik1等多种电流改变 二
8、自律细胞的跨膜电位及其形成机制 心室肌细胞 三种心肌细胞动作电位比较 1 窦房结P细胞 pacemakercell Ap的特点 最大复极电位为 70mV 阈电位为 40mV 0期去极化幅度低 仅70 85mV 速度慢 约10v s 时程长 约7ms 只有0 3 4期 无1期和2期 4期自动去极化速度快 约0 1V s 明显快于浦肯野细胞 0 02V s 二 自律细胞的跨膜电位及其形成机制 1 0期去极化过程 Ca 内流 L型慢钙通道 由于L型Ca2 通道激活 失活缓慢 故0期去极化缓慢 持续时间长 窦房结细胞的动作电位产生机制 2 3期复极化过程 IK K 外流 0期去极化0mv左右L型Ca2
9、 通道逐渐失活IK通道的开放Ca2 内流逐渐K 外流逐渐3期复极至最大舒张电位 窦房结细胞的动作电位产生机制 3 4期自动去极化外向电流 K 的减弱内向电流 Na Ca2 的增强 窦房结细胞的动作电位产生机制 If 超极化激活内向离子电流 hyperpolarization activatedinwardioncurrent Ih或If 由超极化激活环核苷酸门控离子 hyperpolarization activatedcyclicnucleotide gated HCN 通道介导 内向Na 电流占主导 亦存在少量K 外流 HCN通道受膜电位和cAMP的双重调控 在膜电位为 50 60mV时开
10、始激活 最大激活电位为 100mV左右 可被铯 Cs 阻断 窦房结细胞的动作电位产生机制研究进展 窦房结细胞的动作电位产生机制研究进展 研究表明 窦房结P细胞起搏活动的远不止上述的离子流目前已知的还有 持续性内向离子流 sustainedinwardcurrent IST 一种对钙通道阻滞剂敏感的钠流 钠 钙交换电流 INa Ca 背景电流 backgroundcurrent 包括钠流和钾流 ICa L的亚型D型ICa L 一般的ICa L为C型 但这些离子流在窦房结P细胞起搏原理中的重要性还有待进一步明确 2 浦肯野细胞 是一种快反应自律细胞特点 Ap分为0期 1期 2期 3期 4期 0期去
11、极化速快 幅度大 4期可自动去极化 但速度慢 0 02V S 形成机制 0 1 2 3期与心室肌相似 4期自动去极化的离子基础 外向电流 Ik 逐渐减弱内向电流 If 逐渐增强 4 二 自律细胞的跨膜电位及其形成机制 兴奋性 excitability 自律性 autorhythmicity 电生理特性传导性 conductivity 收缩性 contractility 机械特性 二 心肌的生理特性 1 心室肌兴奋性的周期性变化 1 有效不应期 ERP 0期 3期复极 55mv 60mv 2 相对不应期 RRP 3期复极 60mv 80mv 3 超常期 SNP 3期复极 80mv 90mv 一
12、兴奋性 excitability Whatisexcitability 有效不应期 给任何刺激均不兴奋原因 钠通道失活 相对不应期 给阈上刺激可兴奋原因 相当数量钠通道复活 超常期 阈下刺激可引起兴奋 原因 钠通道大部分部复活 此期的膜电位 80 90mv 与阈电位 70mv 接近 图4 13心室肌细胞复极电位与不应期 兴奋性的关系示意图 b c d的AP0期去极化速度和幅度均较小 APD和ERP较短 2 影响兴奋性的因素 1 静息电位或最大复极电位水平 小 大 若阈电位水平不变 阈电位 临床 高血钾时心肌兴奋性有何影响 一 兴奋性 excitability 衡量兴奋性高低的指标 2 阈电位水
13、平 小 静息电位或最大复极电位水平不变 阈电位 大 一 兴奋性 excitability 高钙奎尼丁 低钙 30mv 3 引起0期去极化的离子通道性状 一 兴奋性 excitability 3 兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系心肌兴奋性变化特点 有效不应期长 相当于整个收缩期加舒张早期 一 兴奋性 excitability 期前收缩与代偿间歇 窦房结 心室肌 心肌收缩 概念 心肌组织在没有外来刺激的情况下能自发生节律性兴奋的能力或特性 简称自律性衡量自动节律性指标 二 自动节律性 autorhythmicity 1 心脏的起搏点自动起搏频率 每min内自动产生兴奋的次数 窦房结100次 分
14、在体70次 分 房室交界50次 分 浦肯野纤维25次 分 二 自动节律性 autorhythmicity 窦性节律 由窦房结起搏的心脏节律性活动 潜在起搏点 latentpacemaker 异位起搏点 ectopicpacemaker 正常起搏点 normalpacemaker 窦房结 二 自动节律性 autorhythmicity 窦房结对潜在起搏点的控制机制 抢先占领 capture 潜在起搏点4期去极化速度慢 在尚未达到其阈电位之前 窦房结的节律性兴奋已经下达 超速驱动压抑 A 超速驱动 自律细胞受到高于自身固有频率的刺激而发生节律性兴奋 B 超速驱动压抑 超速驱动后自律细胞自身固有的自
15、律活动暂受压抑的现象 二 自动节律性 autorhythmicity 2 影响自律性的因素 1 最大复极电位与阈电位之间的差距 间差距小 自律性增高 2 4期自动去极化速度 4期自动去极化速度增快 自律性增高 二 自动节律性 autorhythmicity 三 传导性 衡量传导性的指标 动作电位沿细胞膜传播的速度来衡量 心肌传导兴奋的能力 1 心传导途径 房室延搁的意义 避免了心房和心室收缩的重叠 使心室收缩必定发生在心房收缩完毕之后 有利于心室的充盈和射血 房室延搁 atrioventriculardelay 房室交界是兴奋由心房传向心室的唯一通道 房室交界区的细胞的传导速度很慢 其兴奋由心
16、房传至心室需经一个0 1s时间延搁 三 传导性 2 影响传导性的因素 结构因素 生理因素 细胞的直径 细胞间缝隙连接的数量和功能 0期去极化的速度和幅度 局部电流形成的速度和强度 邻近未兴奋部位的兴奋性 传导速度加快 三 传导性 膜电位水平 1 对细胞外Ca2 的依赖性与骨骼肌相比 心肌的肌质网不发达 Ca2 的储存量较少 如果去除细胞外Ca2 心肌可产生动作电位 但不能收缩 兴奋收缩脱藕联 四 心肌收缩性 1 心肌收缩的特点 在平台期 少量的细胞外Ca2 内流 可触发肌质网大量释放Ca2 钙触发钙释放 calcium inducedcalciumrelease 1 心肌收缩的特点 心肌收缩后Ca2 的去向 肌质网钙泵回收 细胞膜的Na Ca2 交换 细胞膜的钙泵 1 心肌收缩的特点 1 心肌收缩的特点 2 心肌同步 全或无 式 收缩 原因 心肌的有效不应期长 1 心肌收缩的特点 3 心肌不发生强直收缩 2 影响心肌收缩的因素 3 心肌收缩与心力衰竭 三 体表心电图 electrocardiogram ECG WillemEinthoven 1905 心电图之父 1924年获诺贝尔生理
