心臟的生物電活動

1、心臟的生物電活動,心內(nèi)科 范春雨,心臟的生物電活動,細(xì)胞的生物電現(xiàn)象心肌細(xì)胞的跨膜電位心肌的電生理特性 體表心電圖,一．細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,神經(jīng)肌肉等組織中的快速信號傳導(dǎo)通過電信號來實現(xiàn)電信號的產(chǎn)生與傳播是由細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電變化引起　　細(xì)胞膜電活動的特點(diǎn)？,細(xì)胞膜的電活動,靜息電位 動作電位 組織的興奮,細(xì)胞的靜息電位,細(xì)胞在未受刺激時（靜息狀態(tài)下）存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差玻璃微電極直接刺入細(xì)胞內(nèi)記錄絕大多

2、數(shù)細(xì)胞都是負(fù)電位膜內(nèi)電位負(fù)值的減少稱為靜息電位減小,細(xì)胞的靜息電位,極化：靜息電位存在時細(xì)胞膜電位外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài)超極化：靜息電位增大去極化：靜息電位減小復(fù)極化：細(xì)胞膜去極化后再向靜息電位方向恢復(fù)的過程,靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制,鈉泵主動轉(zhuǎn)運(yùn)造成的膜內(nèi)外離子不均勻分布，是形成細(xì)胞生物電活動的基礎(chǔ)離子跨膜擴(kuò)散的驅(qū)動力：電化學(xué)驅(qū)動力（兩個驅(qū)動力的代數(shù)和）K+平衡電位 ：假定細(xì)胞膜只對K+有通透性 ，可用Ｎernst方程計算Ｂernst

3、ein１９０２年提出靜息電位 產(chǎn)生機(jī)制的膜學(xué)說： K+平衡電位,靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制,１９３９年進(jìn)行驗證：槍烏賊的巨大神經(jīng)軸突，直徑１mm，測定值－６０mv（其K+平衡電位 －７５mv）對Na+和Ｃl－離子也有一定通透性離子胯膜擴(kuò)散的規(guī)律:膜對哪種離子的通透性高,膜電位就更接近該種離子的平衡電位,靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制,鈉-鉀泵的生電作用:每分解一個ATP,3Na+/2K+,使膜內(nèi)電位負(fù)值增大,總結(jié)：靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制,對K+有通透性

4、對Na+有通透性鈉-鉀泵的生電作用,影響靜息電位水平的因素,膜內(nèi)外K+濃度的差值決定Ek 膜對K+和Na+的相對通透性 心肌和骨骼肌RP:-80～-90mv,平滑肌RP:-55mv鈉-鉀泵活動水平,細(xì)胞的動作電位,在靜息電位基礎(chǔ)上,如果細(xì)胞受到一個適當(dāng)?shù)拇碳?其膜電位會發(fā)生迅速的一過性的波動,這種膜電位的波動稱為動作電位刺激神經(jīng)或肌肉引起動作電位的產(chǎn)生,需要一定的強(qiáng)度.能引起動作電位的最小刺激強(qiáng)度,成為刺激的閾值,動作

5、電位的特性,“全或無”性質(zhì)：AP一經(jīng)出現(xiàn)，其幅度就達(dá)一定數(shù)值，不因刺激的增強(qiáng)而增大可傳播性：AP在同一細(xì)胞上的傳播是不衰減的，幅度波形始終不變,動作電位的產(chǎn)生機(jī)制,AP峰值在+40 ～ +50mv，非常接近ENa 設(shè)想：峰電位期間膜對Na+通透性增大 1949年Hodgkin實驗用等張葡萄糖液替代神經(jīng)纖維周圍海水浸浴液后，AP幅度速度均下降，程度與Na+替代程度成比例,動作電位的產(chǎn)生機(jī)制,形成強(qiáng)大Na+內(nèi)流的條件: 電化學(xué)驅(qū)

6、動力 膜對Na+的通透性,動作電位的產(chǎn)生機(jī)制,某離子的電化學(xué)驅(qū)動力=膜電位-該離子平衡電位假定靜息電位Em為-70mv， ENa和Ek分別為+60和-90mv，則： Na+的驅(qū)動力：Em-ENa=-130mv（指向膜內(nèi)，正電荷由膜外流入膜內(nèi)稱內(nèi)向電流 K+的驅(qū)動力：Em-Ek=+20mv（指向膜外，正電荷由膜內(nèi)流出膜外稱外向電流,動作電位的產(chǎn)生機(jī)制,AP期間膜電導(dǎo)的變化膜對某種離子的電導(dǎo)就是對該離子的通透性可以通過測

7、量膜電流，再利用歐姆定律，測量膜電導(dǎo)記錄膜電流期間的膜電位必須保持不變，利用電壓鉗技術(shù)可以實現(xiàn),動作電位的產(chǎn)生機(jī)制,AP期間膜電導(dǎo)的變化 實驗表明,膜的Na+電導(dǎo)首先迅速增加,隨即又發(fā)生衰減； Na+電導(dǎo)衰減同時K+電導(dǎo)增大,動作電位的產(chǎn)生機(jī)制,總結(jié) AP的產(chǎn)生先是由于出現(xiàn)迅速增加的Na+電導(dǎo)， Na+在很強(qiáng)的電化學(xué)驅(qū)動力作用下形成Na+內(nèi)向電流，使細(xì)胞膜迅速去極化；隨后Na+電導(dǎo)減小，形成鋒電位降支； K+

8、電導(dǎo)增大使K+外向電流增強(qiáng)，加速膜的復(fù)極。,動作電位的產(chǎn)生機(jī)制,膜電導(dǎo)變化的機(jī)制：離子通道膜電導(dǎo)變化的實質(zhì)是膜上離子通道隨即開放和關(guān)閉的總和效應(yīng),動作電位的產(chǎn)生機(jī)制,動作電位的引起局部反應(yīng)：1 不是“全或無”特征 2 電緊張傳播 3 可以疊加閾電位 鈉通道激活對膜去極化的正反饋 引起這一正反饋過程的臨界膜電位 閾電位值一般比RP小10-20mv,動作電位的傳導(dǎo),動作電位可以沿細(xì)胞膜不衰減地傳導(dǎo)至整個細(xì)胞AP傳

9、導(dǎo)其實是沿細(xì)胞膜不斷產(chǎn)生新的AP有髓鞘神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)：郎飛結(jié)之間的跳躍式傳導(dǎo),組織的興奮,細(xì)胞對刺激發(fā)生反應(yīng)的過程，即動作電位的產(chǎn)生過程，稱為興奮在受刺激后能產(chǎn)生動作電位的細(xì)胞稱為可興奮細(xì)胞可興奮細(xì)胞受刺激后產(chǎn)生動作電位的能力稱為細(xì)胞的興奮性,組織的興奮,刺激是指細(xì)胞所處環(huán)境因素的變化把刺激的持續(xù)時間固定，測量能使組織發(fā)生興奮的最小刺激強(qiáng)度，稱為閾強(qiáng)度；相當(dāng)于閾強(qiáng)度的刺激稱為閾刺激——衡量細(xì)胞興奮性的常用指標(biāo),組織的興奮,細(xì)胞興

10、奮后興奮性的變化： 絕對不應(yīng)期 相對不應(yīng)期 超常期 低常期,心臟的生物電活動,心肌細(xì)胞的跨膜電位心肌細(xì)胞的電生理特性,心臟的生物電活動,心肌細(xì)胞的AP是觸發(fā)心肌收縮和泵血的動因?qū)⑿募〖?xì)胞分為兩類 工作細(xì)胞：胞漿中富含肌原纖維，執(zhí)行收縮功能，具有興奮性、傳導(dǎo)性和收縮性，不具有自律性 自律細(xì)胞：組成心臟的特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)，主要功能是產(chǎn)生和傳導(dǎo)興奮，具有興奮性、傳導(dǎo)性和自律性，基本喪失收縮功能,心肌細(xì)胞的跨

11、膜電位,指心肌細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差的改變，是由跨膜離子流形成的 不同離子在心肌細(xì)胞膜兩側(cè)不均勻分布所形成的濃度梯度（濃度差）和跨膜電位梯度（電位差），驅(qū)動各種離子通過離子通道進(jìn)行跨膜擴(kuò)散，是心肌細(xì)胞跨膜電位形成的主要原因,心肌細(xì)胞的跨膜電位,工作細(xì)胞的跨膜電位 自律細(xì)胞的跨膜電位,工作細(xì)胞的跨膜電位,靜息電位： 心室肌細(xì)胞約為-90mV 心室肌細(xì)胞的靜息電位實際是K+平衡電位、少量Na+內(nèi)流和生電性Na+-K+泵活動

12、的綜合反映,工作細(xì)胞的跨膜電位,動作電位與骨骼肌和神經(jīng)細(xì)胞的明顯不同主要特征在于復(fù)極過程復(fù)雜，持續(xù)時間長，動作電位的升支與降支不對稱AP分為0、1、2、3、4五個時期,工作細(xì)胞的跨膜電位,去極化過程 去極化過程又稱0期0期短暫，僅1-2ms去極化幅度大，達(dá)120mv；速度快，最大速率可達(dá)200~400V/s,,,心室肌細(xì)胞的跨膜電位,工作細(xì)胞的跨膜電位,去極化過程0期去極化的產(chǎn)生機(jī)制：外來刺激作用下，心肌電壓門控鈉通道

13、的開放和少量鈉內(nèi)流，造成細(xì)胞膜部分去極化，達(dá)閾電位水平時（-70mv），鈉通道開發(fā)概率明顯增加，使Na+順其濃度梯度和電位梯度由膜外快速進(jìn)入膜內(nèi)，膜迅速去極化到Na+平衡電位。,工作細(xì)胞的跨膜電位,去極化過程該鈉通道是一種快鈉通道將由快鈉通道開放引起快速去極化的細(xì)胞稱為快反應(yīng)細(xì)胞 ，他們的動作電位稱為快反應(yīng)電位,工作細(xì)胞的跨膜電位,復(fù)極化過程 心室肌細(xì)胞去極化達(dá)頂峰后，鈉通道失活關(guān)閉即開始復(fù)極。復(fù)極過程比較緩慢，歷時200-3

14、00ms包括動作電位1、2、3期,工作細(xì)胞的跨膜電位,復(fù)極化過程 1期 膜電位迅速恢復(fù)到0mV左右。0期和1期合稱為鋒電位（spike potential）。1期的產(chǎn)生主要是由于快鈉通道的失活和瞬間外向鉀電流（transient outward current, Ito）的激活。Ito主要離子成分是K+，是心室肌1期復(fù)極的主要原因。,工作細(xì)胞的跨膜電位,復(fù)極化過程2期 也稱平臺期，其復(fù)極化過程緩慢，歷時100-150ms，是

15、心室肌細(xì)胞動作電位持續(xù)時間較長的主要原因。平臺期的形成是由于內(nèi)向電流（Ca2+內(nèi)流）與外向電流（K+外流）平衡的結(jié)果平臺期的內(nèi)向電流有3個，其中最重要的是ICa-L ，L型Ca2+通道又稱為慢通道,工作細(xì)胞的跨膜電位,復(fù)極化過程3期 復(fù)極化速度加快，膜電位由0mV下降至-90mV，完成復(fù)極，歷時100-150ms3期復(fù)極是由于L型鈣通道的失活，內(nèi)向離子流終止，而外向K+流（Ik）進(jìn)一步增加所致 從0期開始到3期復(fù)極化完畢，是

16、整個動作電位的時程（APD）。心室肌細(xì)胞的APD約200-300ms,工作細(xì)胞的跨膜電位,靜息期即4期，也稱電舒張期，是膜復(fù)極完畢，膜電位恢復(fù)至靜息電位的時期動作電位期間有Na+和Ca2+進(jìn)入細(xì)胞，K+流出細(xì)胞，在4期通過鈉鉀泵和鈉鈣交換體把進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的Na+和Ca2+排出，并把膜外的K+攝入，才能恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)外離子的正常濃度梯度，保持心肌細(xì)胞的興奮性,自律細(xì)胞的跨膜電位,自律細(xì)胞與工作細(xì)胞跨膜電位的最大區(qū)別是在4期。工作細(xì)胞4期的

17、膜電位是穩(wěn)定的，而在自律細(xì)胞，動作電位3期達(dá)最大復(fù)極電位之后，4期立即開始自動去極化，誘發(fā)一次新的動作電位。4期自動去極化是產(chǎn)生自動節(jié)律性的基礎(chǔ),自律細(xì)胞的跨膜電位,4期自動去極化都是由進(jìn)行性的凈內(nèi)向電流引起不同類型的自律細(xì)胞，4期自動去極化的速度和機(jī)制不同 浦肯野細(xì)胞 竇房結(jié)細(xì)胞,自律細(xì)胞的跨膜電位,浦肯野細(xì)胞：快反應(yīng)自律細(xì)胞4期自動去極化的離子基礎(chǔ)是一種外向電流（Ik）的逐漸衰減和一種內(nèi)向電流（If）的逐漸增強(qiáng)。

18、If電流主要由Na+參與，在3期復(fù)極至-60mV時開始激活，-100mV時完全激活，也被稱為起搏電流，是4期內(nèi)向離子電流的主要成分,自律細(xì)胞的跨膜電位,竇房結(jié)細(xì)胞慢反應(yīng)自律細(xì)胞 其動作電位的形狀與心室肌細(xì)胞及浦肯野細(xì)胞很不相同，具有以下特點(diǎn)：最大復(fù)極電位（-70mV）和閾電位（-40mV）的絕對值均小于浦肯野細(xì)胞；0期去極化幅度?。?0mv），時程長（7ms）；沒有明顯的復(fù)極1期和2期；4期自動去極化速度快于浦肯野細(xì)胞。,心室肌細(xì)胞

19、（A)與竇房結(jié)細(xì)胞(B)跨膜電位的比較,自律細(xì)胞的跨膜電位,竇房結(jié)細(xì)胞去極化過程 膜電位由最大復(fù)極電位自動去極化達(dá)閾電位水平時，膜上L型Ca2+通道被激活，引起Ca2+內(nèi)流而導(dǎo)致0期去極化由慢Ca2+通道開放引起緩慢去極化的心肌細(xì)胞，稱為慢反應(yīng)細(xì)胞,自律細(xì)胞的跨膜電位,竇房結(jié)細(xì)胞復(fù)極化過程 即動作電位3期，主要是由于L型Ca2+通道逐漸失活關(guān)閉，Ik通道被激活開放，使Ca2+內(nèi)流減少K+外流增加，使細(xì)胞膜逐漸復(fù)極化并達(dá)到最大復(fù)

20、極電位 4期自動去極化 是外向電流減弱和內(nèi)向電流增強(qiáng)的綜合結(jié)果。4期所參與的離子流包括：① Ik通道時間依從性的失活造成K+外流進(jìn)行性衰減，是4期自動去極化最重要的離子基礎(chǔ)；② 進(jìn)行性增強(qiáng)的If；③ 當(dāng)自動去極化至-50mV時激活T型Ca2+通道，引起Ca2+內(nèi)流，,心肌細(xì)胞的電生理特性,興奮性 自律性 傳導(dǎo)性 收縮性,興奮性（excitability）,指細(xì)胞受到刺激時產(chǎn)生興奮（可擴(kuò)布的動作電位）的能力可用閾值來衡量

21、產(chǎn)生心肌細(xì)胞興奮的兩個環(huán)節(jié) 1. 細(xì)胞的膜電位達(dá)到閾電位水平 2. 引起0期去極化的離子通道的激活,興奮性,影響興奮性的因素靜息電位 或最大復(fù)極電位水平閾電位 水平引起0期去極化的離子通道性狀 三種功能狀態(tài):靜息、激活和失活 取決于當(dāng)時的膜電位水平以及有關(guān)的時間進(jìn)程：電壓依從性和時間依從性,興奮性,興奮性的周期性變化 膜電位：一系列規(guī)律變化離子通道：靜息 激活 失活 復(fù)活 興奮性：有效不應(yīng)期

22、 相對不應(yīng)期 超常期 正常水平,,,,,,,興奮性,幾個概念絕對不應(yīng)期（absolute refractory period, ARP）：從0期除極開始至3期復(fù)極至-55mV的一段時間，膜的興奮性完全喪失有效不應(yīng)期（effective refractory period, ERP）是指從0期除極開始至3期復(fù)極至-60mV的一段時間，心肌不能產(chǎn)生新的動作電位,興奮性,幾個概念相對不應(yīng)期（relative refra

23、ctory period, RRP）是指從復(fù)極-60mV至-80mV這段時間內(nèi)，給予閾上刺激可引起擴(kuò)布性興奮，但時程較短，幅率較小 由于此期內(nèi)心臟各部分興奮性恢復(fù)不一，容易形成局部折返激動，在臨床上表現(xiàn)為快速性心律失常。,興奮性,超常期（supranormal period, SNP）是膜電位由-80mV恢復(fù)至-90mV的一段時期 低于閾值的刺激可引起新的興奮，但0期除極速度和幅度仍低于正常，興奮折返易于形成，

24、也可導(dǎo)致快速心律失常,興奮性,興奮性的周期性變化與收縮活動的關(guān)系ERP特別長，延續(xù)到舒張期開始之后，不會象骨骼肌產(chǎn)生強(qiáng)直性收縮期前收縮 代償間歇,自律性,心肌細(xì)胞在無外來刺激存在的條件下能自動產(chǎn)生節(jié)律性興奮的能力稱為自律性心臟的特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)具有自律性正常起搏點(diǎn)潛在起搏點(diǎn)異位起搏點(diǎn),自律性,竇房結(jié)控制潛在起搏點(diǎn)的兩種方式搶先占領(lǐng)超速驅(qū)動壓抑：自律細(xì)胞受到高于其固有自律頻率刺激時，按外加的刺激頻率發(fā)生興奮，稱為超速驅(qū)動

25、，超速驅(qū)動刺激停止后，自律細(xì)胞不能立即呈現(xiàn)其固有的自律性活動，需一段靜止期后方恢復(fù)其自律性，稱為超速驅(qū)動壓抑，與心肌細(xì)胞膜鈉鉀泵活動增強(qiáng)有關(guān)，具有頻率依賴性 ，有一定生理意義,影響自律性的因素,4期自動去極化速度 ：取決于凈內(nèi)向電流增長的速度最大復(fù)極電位與閾電位之間的差距 ：如迷走神經(jīng)興奮釋放的乙酰膽堿使K+通道開發(fā)概率增高，致最大復(fù)極電位增大，自律性減低,傳導(dǎo)性,興奮在心肌細(xì)胞間擴(kuò)布的能力稱為心肌的傳導(dǎo)性（conductivity）

26、 傳導(dǎo)性高低可用興奮的傳播速度來衡量心臟內(nèi)興奮的傳播以心肌細(xì)胞間縫隙連接為基礎(chǔ)興奮在心臟內(nèi)的傳播通過特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行不同心肌細(xì)胞傳導(dǎo)性不同：房-室延擱,影響傳導(dǎo)性的因素,取決于心肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和電生理特性 結(jié)構(gòu)因素：細(xì)胞直徑與細(xì)胞內(nèi)電阻呈反變關(guān)系 生理因素：是主要因素 1. 0期去極化速度和幅度 2. 鄰近未興奮部位膜的興奮性,體表心電圖,心電圖各波形和間期的意義,心電圖與心肌細(xì)胞動作電位的關(guān)系