《心脏的生物电活动》PPT课件.ppt

心脏的生物电活动,心内科 范春雨,心脏的生物电活动,细胞的生物电现象 心肌细胞的跨膜电位 心肌的电生理特性 体表心电图,一细胞的生物电现象,神经肌肉等组织中的快速信号传导通过电信号来实现 电信号的产生与传播是由细胞膜内外两侧的电变化引起 细胞膜电活动的特点？,细胞膜的电活动,静息电位 动作电位 组织的兴奋,细胞的静息电位,细胞在未受刺激时（静息状态下）存在于细胞膜内外两侧的电位差 玻璃微电极直接刺入细胞内记录 绝大多数细胞都是负电位 膜内电位负值的减少称为静息电位减小,细胞的静息电位,极化：静息电位存在时细胞膜电位外正内负的状态 超极化：静息电位增大 去极化：静息电位减小 复极化：细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程,静息电位产生的机制,钠泵主动转运造成的膜内外离子不均匀分布，是形成细胞生物电活动的基础 离子跨膜扩散的驱动力：电化学驱动力（两个驱动力的代数和） K+平衡电位 ：假定细胞膜只对K+有通透性 ，可用ernst方程计算 ernstein年提出静息电位 产生机制的膜学说： K+平衡电位,静息电位产生的机制,年进行验证：枪乌贼的巨大神经轴突，直径mm，测定值mv（其K+平衡电位 mv） 对Na+和l离子也有一定通透性 离子胯膜扩散的规律:膜对哪种离子的通透性高,膜电位就更接近该种离子的平衡电位,静息电位产生的机制,钠-钾泵的生电作用:每分解一个ATP,3Na+/2K+,使膜内电位负值增大,总结：静息电位产生的机制,对K+有通透性 对Na+有通透性 钠-钾泵的生电作用,影响静息电位水平的因素,膜内外K+浓度的差值决定Ek 膜对K+和Na+的相对通透性 心肌和骨骼肌RP:-80-90mv,平滑肌RP:-55mv 钠-钾泵活动水平,细胞的动作电位,在静息电位基础上,如果细胞受到一个适当的刺激,其膜电位会发生迅速的一过性的波动,这种膜电位的波动称为动作电位 刺激神经或肌肉引起动作电位的产生,需要一定的强度.能引起动作电位的最小刺激强度,成为刺激的阈值,动作电位的特性,“全或无”性质：AP一经出现，其幅度就达一定数值，不因刺激的增强而增大 可传播性：AP在同一细胞上的传播是不衰减的，幅度波形始终不变,动作电位的产生机制,AP峰值在+40 +50mv，非常接近ENa 设想：峰电位期间膜对Na+通透性增大 1949年Hodgkin实验用等张葡萄糖液替代神经纤维周围海水浸浴液后，AP幅度速度均下降，程度与Na+替代程度成比例,动作电位的产生机制,形成强大Na+内流的条件: 电化学驱动力 膜对Na+的通透性,动作电位的产生机制,某离子的电化学驱动力=膜电位-该离子平衡电位 假定静息电位Em为-70mv， ENa和Ek分别为+60和-90mv，则： Na+的驱动力：Em-ENa=-130mv（指向膜内，正电荷由膜外流入膜内称内向电流 K+的驱动力：Em-Ek=+20mv（指向膜外，正电荷由膜内流出膜外称外向电流,动作电位的产生机制,AP期间膜电导的变化 膜对某种离子的电导就是对该离子的通透性 可以通过测量膜电流，再利用欧姆定律，测量膜电导 记录膜电流期间的膜电位必须保持不变，利用电压钳技术可以实现,动作电位的产生机制,AP期间膜电导的变化 实验表明,膜的Na+电导首先迅速增加,随即又发生衰减； Na+电导衰减同时K+电导增大,动作电位的产生机制,总结 AP的产生先是由于出现迅速增加的Na+电导， Na+在很强的电化学驱动力作用下形成Na+内向电流，使细胞膜迅速去极化；随后Na+电导减小，形成锋电位降支； K+电导增大使K+外向电流增强，加速膜的复极。,动作电位的产生机制,膜电导变化的机制：离子通道 膜电导变化的实质是膜上离子通道随即开放和关闭的总和效应,动作电位的产生机制,动作电位的引起 局部反应：1 不是“全或无”特征 2 电紧张传播 3 可以叠加 阈电位 钠通道激活对膜去极化的正反馈 引起这一正反馈过程的临界膜电位 阈电位值一般比RP小10-20mv,动作电位的传导,动作电位可以沿细胞膜不衰减地传导至整个细胞 AP传导其实是沿细胞膜不断产生新的AP 有髓鞘神经纤维的传导：郎飞结之间的跳跃式传导,组织的兴奋,细胞对刺激发生反应的过程，即动作电位的产生过程，称为兴奋 在受刺激后能产生动作电位的细胞称为可兴奋细胞 可兴奋细胞受刺激后产生动作电位的能力称为细胞的兴奋性,组织的兴奋,刺激是指细胞所处环境因素的变化 把刺激的持续时间固定，测量能使组织发生兴奋的最小刺激强度，称为阈强度；相当于阈强度的刺激称为阈刺激衡量细胞兴奋性的常用指标,组织的兴奋,细胞兴奋后兴奋性的变化： 绝对不应期 相对不应期 超常期 低常期,心脏的生物电活动,心肌细胞的跨膜电位 心肌细胞的电生理特性,心脏的生物电活动,心肌细胞的AP是触发心肌收缩和泵血的动因 将心肌细胞分为两类 工作细胞：胞浆中富含肌原纤维，执行收缩功能，具有兴奋性、传导性和收缩性，不具有自律性 自律细胞：组成心脏的特殊传导系统，主要功能是产生和传导兴奋，具有兴奋性、传导性和自律性，基本丧失收缩功能,心肌细胞的跨膜电位,指心肌细胞膜两侧的电位差的改变，是由跨膜离子流形成的 不同离子在心肌细胞膜两侧不均匀分布所形成的浓度梯度（浓度差）和跨膜电位梯度（电位差），驱动各种离子通过离子通道进行跨膜扩散，是心肌细胞跨膜电位形成的主要原因,心肌细胞的跨膜电位,工作细胞的跨膜电位 自律细胞的跨膜电位,工作细胞的跨膜电位,静息电位： 心室肌细胞约为-90mV 心室肌细胞的静息电位实际是K+平衡电位、少量Na+内流和生电性Na+-K+泵活动的综合反映,工作细胞的跨膜电位,动作电位 与骨骼肌和神经细胞的明显不同 主要特征在于复极过程复杂，持续时间长，动作电位的升支与降支不对称 AP分为0、1、2、3、4五个时期,工作细胞的跨膜电位,去极化过程 去极化过程又称0期 0期短暂，仅1-2ms 去极化幅度大，达120mv； 速度快，最大速率可达200400V/s,心室肌细胞的跨膜电位,工作细胞的跨膜电位,去极化过程 0期去极化的产生机制：外来刺激作用下，心肌电压门控钠通道的开放和少量钠内流，造成细胞膜部分去极化，达阈电位水平时（-70mv），钠通道开发概率明显增加，使Na+顺其浓度梯度和电位梯度由膜外快速进入膜内，膜迅速去极化到Na+平衡电位。,工作细胞的跨膜电位,去极化过程 该钠通道是一种快钠通道 将由快钠通道开放引起快速去极化的细胞称为快反应细胞 ，他们的动作电位称为快反应电位,工作细胞的跨膜电位,复极化过程 心室肌细胞去极化达顶峰后，钠通道失活关闭即开始复极。 复极过程比较缓慢，历时200-300ms 包括动作电位1、2、3期,工作细胞的跨膜电位,复极化过程 1期 膜电位迅速恢复到0mV左右。0期和1期合称为锋电位（spike potential）。 1期的产生主要是由于快钠通道的失活和瞬间外向钾电流（transient outward current, Ito）的激活。Ito主要离子成分是K+，是心室肌1期复极的主要原因。,工作细胞的跨膜电位,复极化过程 2期 也称平台期，其复极化过程缓慢，历时100-150ms，是心室肌细胞动作电位持续时间较长的主要原因。 平台期的形成是由于内向电流（Ca2+内流）与外向电流（K+外流）平衡的结果 平台期的内向电流有3个，其中最重要的是ICa-L ，L型Ca2+通道又称为慢通道,工作细胞的跨膜电位,复极化过程 3期 复极化速度加快，膜电位由0mV下降至-90mV，完成复极，历时100-150ms 3期复极是由于L型钙通道的失活，内向离子流终止，而外向K+流（Ik）进一步增加所致 从0期开始到3期复极化完毕，是整个动作电位的时程（APD）。心室肌细胞的APD约200-300ms,工作细胞的跨膜电位,静息期 即4期，也称电舒张期，是膜复极完毕，膜电位恢复至静息电位的时期 动作电位期间有Na+和Ca2+进入细胞，K+流出细胞，在4期通过钠钾泵和钠钙交换体把进入细胞内的Na+和Ca2+排出，并把膜外的K+摄入，才能恢复细胞内外离子的正常浓度梯度，保持心肌细胞的兴奋性,自律细胞的跨膜电位,自律细胞与工作细胞跨膜电位的最大区别是在4期。 工作细胞4期的膜电位是稳定的，而在自律细胞，动作电位3期达最大复极电位之后，4期立即开始自动去极化，诱发一次新的动作电位。 4期自动去极化是产生自动节律性的基础,自律细胞的跨膜电位,4期自动去极化都是由进行性的净内向电流引起 不同类型的自律细胞，4期自动去极化的速度和机制不同 浦肯野细胞 窦房结细胞,自律细胞的跨膜电位,浦肯野细胞： 快反应自律细胞 4期自动去极化的离子基础是一种外向电流（Ik）的逐渐衰减和一种内向电流（If）的逐渐增强。If电流主要由Na+参与，在3期复极至-60mV时开始激活，-100mV时完全激活，也被称为起搏电流，是4期内向离子电流的主要成分,自律细胞的跨膜电位,窦房结细胞 慢反应自律细胞 其动作电位的形状与心室肌细胞及浦肯野细胞很不相同，具有以下特点：最大复极电位（-70mV）和阈电位（-40mV）的绝对值均小于浦肯野细胞；0期去极化幅度小（70mv），时程长（7ms）；没有明显的复极1期和2期；4期自动去极化速度快于浦肯野细胞。,心室肌细胞（A)与窦房结细胞(B)跨膜电位的比较,自律细胞的跨膜电位,窦房结细胞 去极化过程 膜电位由最大复极电位自动去极化达阈电位水平时，膜上L型Ca2+通道被激活，引起Ca2+内流而导致0期去极化 由慢Ca2+通道开放引起缓慢去极化的心肌细胞，称为慢反应细胞,自律细胞的跨膜电位,窦房结细胞 复极化过程 即动作电位3期，主要是由于L型Ca2+通道逐渐失活关闭，Ik通道被激活开放，使Ca2+内流减少K+外流增加，使细胞膜逐渐复极化并达到最大复极电位 4期自动去极化 是外向电流减弱和内向电流增强的综合结果。4期所参与的离子流包括： Ik通道时间依从性的失活造成K+外流进行性衰减，是4期自动去极化最重要的离子基础； 进行性增强的If； 当自动去极化至-50mV时激活T型Ca2+通道，引起Ca2+内流，,心肌细胞的电生理特性,兴奋性 自律性 传导性 收缩性,兴奋性（excitability）,指细胞受到刺激时产生兴奋（可扩布的动作电位）的能力 可用阈值来衡量 产生心肌细胞兴奋的两个环节 1. 细胞的膜电位达到阈电位水平 2. 引起0期去极化的离子通道的激活,兴奋性,影响兴奋性的因素 静息电位 或最大复极电位水平 阈电位 水平 引起0期去极化的离子通道性状 三种功能状态:静息、激活和失活 取决于当时的膜电位水平以及有关的时间进程：电压依从性和时间依从性,兴奋性,兴奋性的周期性变化 膜电位：一系列规律变化 离子通道：静息 激活 失活 复活 兴奋性：有效不应期 相对不应期 超常期 正常水平,兴奋性,几个概念 绝对不应期（absolute refractory period, ARP）：从0期除极开始至3期复极至-55mV的一段时间，膜的兴奋性完全丧失 有效不应期（effective refractory period, ERP）是指从0期除极开始至3期复极至-60mV的一段时间，心肌不能产生新的动作电位,兴奋性,几个概念 相对不应期（relative refractory period, RRP）是指从复极-60mV至-80mV这段时间内，给予阈上刺激可引起扩布性兴奋，但时程较短，幅率较小 由于此期内心脏各部分兴奋性恢复不一，容易形成局部折返激动，在临床上表现为快速性心律失常。,兴奋性,超常期（supranormal period, SNP）是膜电位由-80mV恢复至-90mV的一段时期 低于阈值的刺激可引起新的兴奋，但0期除极速度和幅度仍低于正常，兴奋折返易于形成，也可导致快速心律失常,兴奋性,兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系 ERP特别长，延续到舒张期开始之后，不会象骨骼肌产生强直性收缩 期前收缩 代偿间歇,自律性,心肌细胞在无外来刺激存在的条件下能自动产生节律性兴奋的能力称为自律性 心脏的特殊传导系统具有自律性 正常起搏点 潜在起搏点 异位起搏点,自律性,窦房结控制潜在起搏点的两种方式 抢先占领 超速驱动压抑：自律细胞受到高于其固有自律频率刺激时，按外加的刺激频率发生兴奋，称为超速驱动，超速驱动刺激停止后，自律细胞不能立即呈现其固有的自律性活动，需一段静止期后方恢复其自律性，称为超速驱动压抑，与心肌细胞膜钠钾泵活动增强有关，具有频率依赖性 ，有一定生理意义,影响自律性的因素,4期自动去极化速度 ：取决于净内向电流增长的速度 最大复极电位与阈电位之间的差距 ：如迷走神经兴奋释放的