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生理学教案第一章 绪 论一、生理学的任务1概念 生理学（physiology）是研究生命活动规律的科学 功能 机制 调节2 生理学研究的三个水平 细胞、分子水平 研究细胞生命现象的基本物理化学过程， 如研究神经细胞的动作电位及其产生的离子机制。 器官、系统水平 研究各器官及系统的功能，如研究心脏的泵血功能、呼吸节律的形成机制。 整体水平 研究器官系统之间的功能联系以及机体与环境之间的相互关系, 如研究环境温度对人体的影响。3 生理学与医学生理学是医学科学的重要基础骨干课程，学好生理学将为后续课程的学习奠定基础。生理学并不完全归属于医学科学，它也是独立于医学的重要学科4 如何学好生理学深刻理解 前后联系逻辑推理 学习思维方式重视实验 写好报告二、生命的基本特征1新陈代谢 机体与环境之间不断进行物质交换和能量交换,以实现自我更新的过程,称为新陈代谢。新陈代谢是生命活动最基本的特征。 生物体的基本结构单位细胞只有通过新陈代谢才能不断地获得更新。新陈代谢一旦停止，生命便结束。2兴奋性 生物体感受刺激产生反应的能力,是生物体生存的必要条件。 反应 强到弱 抑制（inhibition）弱到强 兴奋（excitation）刺激三要素强度时间强度时间变化率要引起组织兴奋，强度、时间、强度时间变化率都必须达到一最小值。3适应性 生物体对环境变化产生适应性反应的能力。人类不仅有被运适应， 还能主动适应。此外，也有学者认为生殖是生命活动的基本特征之一。三、内环境和稳态体液 机体内的液体 60%细胞内液（intracellular fluid）40%细胞外液（extracellular fluid）20%血浆 （plasma）5%组织液（interstitial fluid）15% 内环境（internal environment ）细胞生活的体液环境，即细胞外液 稳态 （ homeostasis） 内环境理化性质的相对恒定理化性质包括: 温度、PH、渗透压、化学组成等目前，稳态的概念扩展到其他的生命现象。泛指凡是通过机体自身的调节机制使某个生理过程保持相对恒定的状态，如体温的相对稳定。 四、生理功能的调节 神经调节 （nervous regulation）反射是神经调节的基本形式。在中枢神经系统参与下，机体对内、外环境变化发生有适应意义的规律性应答反应，称为反射。反射的结构基础是反射弧：感受器、传入神经、中枢、传出神经、效应器。反射弧是一种开放回路，但效应器内存在感受器，能将效应器的活动信息反馈地回输到中枢，及时调整中枢的活动。所以整体内的神经调节实际上是闭合回路。神经调节的特点是反应迅速、精确、局限、短暂。反射可区分为非条件反射和条件反射两大类。条件反射是后天获得的，建立在非条件反射基础上，其建立过程需要大脑皮层参与。reflex）。 体液调节 （humoral regulation）是体液因素通过血液循环或其他体液途径送到全身各处，对机体的各种生理功能活动进行调节的方式。包括由内分泌的激素参与的全身性体液调节，以及由某些组织细胞产生的乳酸、组织胺等化学物质参与的局部体液因素调节两类。体液调节的特点是反应比较缓慢、持久而弥散。化学物质 体液运输 自身调节 （ autoregulation）是指器官、组织、细胞在不依赖于神经或体液调节的情况下自身对刺激产生的适应性反应不依赖神经、体液因素。例如，平均动脉压在一定范围内变动时，脑血管可通过自身调节机制改变其管径，使脑血流量保持相对恒定。 五、生理功能的自动控制 负反馈 （negative feedback ）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，对控制部分的活动起制约或纠正作用的，称为负反馈意义：维持稳态缺点：滞后、波动 正反馈 （positive feedback ）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同，对控制部分的活动起增强作用的，称为正反馈意义：加速生理过程 前馈 （ feed-forward ）：干扰信息直接通过感受装置作用于控制部分，调整控制信息，以对抗干扰信息对受控部分的影响调节具有前瞻性思考题1 临床上进行高频电疗时，尽管电流足够大，为什么患者没有痛的感觉？2 在给患者进行肌肉注射时，为什么要求进针、出针快，推药慢？3 试述机体稳态的维持机制。参考文献1 姚泰 主编 生理学，第五版，北京：人民卫生出版社，2002 P47742 姚泰 主编 人体生理学，第三版，北京：人民卫生出版社，20023Guyton AC Textbook of Medical Physiology 10th ed, WB Saunders Co, Philadelphia, 2000 P3824294Ganong WF Review of medical physiology 20th ed, McGraw-Hill publishing Co, New York, 1999第二章 细胞的基本功能目的要求1、了解细胞膜的分子结构，掌握细胞膜的物质转运的形式和影响因素2、掌握静息电位和动作电位的概念、特点和形成的离子机制，并了解静息电位和动作电位形成的理论的主要证据3、掌握局部兴奋特点和产生机制，掌握动作电位的引起和兴奋在同一细胞上的传导机制及特点4、了解神经-骨骼肌接头的结构特点、掌握神经-骨骼肌接头兴奋传递过程，熟悉影响神经-骨骼肌接头兴奋传递的主要因素及其临床意义5、掌握肌肉收缩原理和前负荷、后负荷、肌肉收缩能力的概念，熟悉前负荷、后负荷、肌肉收缩能力对肌肉收缩的影响讲授重点1细胞膜的物质转运的形式和影响因素2 静息电位和动作电位的概念和形成的离子机制 3 局部兴奋、动作电位的引起和兴奋在同一细胞上的传导机制4 神经-骨骼肌接头处的兴奋传递及影响因素5 肌肉收缩原理和前负荷、后负荷、肌肉收缩能力对肌肉收缩的影响讲授难点1继发性主动转运2 静息电位和动作电位形成的离子机制3 前负荷、后负荷对肌肉收缩的影响教材生理学(5版),姚泰主编,人民卫生出版社,2000,北京案例：某男性患者，16岁，近来运动后感到极度无力，尤其是在进食大量淀粉类食物后加重。门诊检查血清钾正常（45 mEqL），但运动后血清钾明显降低（22mEqL），经补钾治疗后症状缓解。1为什么低血钾会引起极度肌肉无力？2为什么在进食大量淀粉后症状加重？3血钾增高时对肌肉收缩有何影响？为什么？细胞是组成人体和其他生物体的基本结构单位和功能单位。体内所有的生理功能和生化反应都是在细胞及其产物的物质基础上进行的。只有在了解细胞和细胞器的分子组成和功能的基础上，才能阐明整个人体和各器官、系统的功能活动及其机制。一、 细胞膜的物质转运功能（一） 细胞膜的结构1 细胞膜的分子组成 主要由脂质、蛋白质和少量糖类组成(图2-1)。膜中脂质的分子数超过蛋白质分子数100倍以上。图2-1 A 细胞膜的分子组成 B 磷脂的分子结构模式图2 液态相嵌模型（fluid mosaic model）以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同分子结构和不同生理功能的球形蛋白质（图2-2）。图2-2 细胞膜液态相嵌模型示意图二、跨膜物质转运的方式（一）单纯扩散 （simple diffusion ）概念：脂溶性物质从高浓度侧向低浓度侧跨膜转运。体内依靠单纯扩散通过细胞膜的物质只有脂溶性气体分子O2和CO2。图2-3 扩散示意图影响因素： 动力：浓度差 阻力：通透性（ permeability ）通透性 ：物质通过膜的难易程度浓度差增大、通透性增高，扩散增大（二）易化扩散（facilitated diffusion ）1 概念：在膜蛋白的帮助下物质从高浓度侧向低浓度侧跨膜转运2 特点： 从高浓度到低浓度 特异性 受调节3 分类： 载体（ carrier）为中介的易化扩散：特点：结构特异性高;有饱和现象;有竞争性抑制现象 通道（ channel）为中介的易化扩散：特点：有一定特异性，但没有载体严格;可以处于开放或关闭的不同功能状态，其通透性变化快化学门控通道（chemically-gated channel）电压门控通道（voltage-gated channel）机械门控通道（mechanically-gated channel）4 影响因素离子的易化扩散（三）主动转运 （ active transport ）1 概念：通过细胞本身的耗能将物质从低浓度侧向高浓度侧跨膜转运 被动转运 （ passive transport ）单纯扩散、易化扩散2 分类： 原发性主动转运 （primary active transport ）钠-钾泵（sodium-potassium pump，钠泵） 继发性主动转运 （secondary active transport ）钠-钾泵活动生理意义 胞内低Na，维持细胞体积 胞内高K，酶活性-新陈代谢正常进行 势能储备钠、钾的易化扩散继发性主动转运，联合转运 （cotransport）同向转运（symport）逆向转运（antiport）（四）入胞（endocytosis）和 出胞（exocytosis）入胞和出胞：大分子、团块，需膜的运动被动转运、主动转运：小分子二、 细胞的生物电活动（一） 静息电位（Resting potential, RP)1概念 安静状态下细胞膜两侧的电位差极化 (polarization)：外正内负，膜两侧电位差等于RP去极化（depolarization)：膜两侧电位差低于RP复极化（repolarization)：由去极化恢复极化超极化(hyperpolarization)：膜两侧电位差高于RPQQ证明：1、Nernst 公式 Ek= 595 Log K+ o/K+ i (mV) (外/内)理论值 -87mV，实际值 -77mV2、改变细胞外液中的K+浓度，RP变化与Nernst 公式预期的理论值相似（二）动作电位1概念 细胞受刺激后在RP基础上发生的一次膜两侧电位快速倒转和复原，称动作电位(Action Potential, AP)（图2-10）兴奋（excitation）：产生AP兴奋性（excitability）：接受刺激产生AP的能力2 Action Potential,产生机制去极化 膜内外Na+不均匀分布（外高内低）膜突然对Na+通透增大（ Na+通道开放）Na+内流达Na+平衡电位复极化 ：Na+通道关闭， K+通道开放， K+外流证据：（1）Nernst公式ENa= 595 Log Na+o/Na+i (mV)超射值= ENa（2）改变细胞外液的Na浓度，AP变化与Nernst 公式预期的理论值相似（3）河豚毒(tetrodotoxin,TTX）阻断钠通道，AP不再产生（4）电压钳或膜片钳测定不同离子膜电流和膜通透性变化3 钠通透性变化的本质和细胞兴奋性周期性变化4兴奋性的周期性变化：绝对不应期( absolute refractory period)相对不应期(relative refractory period)超常期( superanormal period)低常期(subnormal period)5后电位的产生机制去极化后电位（负后电位）：细胞外一过性K蓄积超极化后电位（正后电位）：Na泵活动增强6电位的引起和传导阈电位（threshold membrane potential）能引起Na通道大量开放而爆发AP的临界膜电位水平。有效刺激本身可以引起膜部分除极，当除极水平达到阈电位时，便通过再生性循环机制而正反馈地使Na+通道大量开放。7动作电位的传导局部电流（local current ）在膜的已兴奋区与相邻接的未兴奋区之间,由于存在电位差而产生局部电流。局部电流的强度数倍于阈强度，并且局部电流对于未兴奋区是可以引起除极的出膜方向，因此，局部电流是一个有效刺激，使未兴奋区的膜除极达到阈电位而产生动作电位。兴奋在同一细胞上的传导，实际上是由局部电流引起的逐步兴奋过程。 跳跃传导（saltatory conduction ）有髓神经纤维的髓鞘有电绝缘性，局部电流只能产生在两个郎飞结之间，称为跳跃传导。 速度快节能8动作电位的特点： 大小与刺激强度无关 不衰减传导 不能融合9局部电位（local potential)由阈下刺激引起的小的电位变化 大小与刺激强度有关 衰减传播-电紧张性扩布 （lectrotonic propagation ） 可能总和时间性总和（temporal summation）空间性总和（spatial summation ）三、 肌细胞的收缩功能（一） 神经-肌接头兴奋的传递1 神经-肌接头的结构2 神经-肌接头兴奋的传递过程3 终板电位（endplate potential） 大小与Ach释放量有关 电紧张性扩布 可能总和微终板电位（miniature endplate potential）04 mV4 神经肌接头化学传递的特征 ：传递 足量释放，及时清除（胆碱脂酶） 单向性传递 时间延搁 易受药物和其他环境因素的影响5 影响神经肌接头化学传递的因素 肉毒杆菌毒素，可抑制Ach的释放。有机磷农药可抑制胆碱酯酶，ACh积聚,出现肌细胞挛缩等中毒症状。美洲箭毒可以同ACh竞争结合位点, 肌松剂。接头后膜上ACh受体功能异常,重症肌肉无力。（二）骨骼肌收缩的分子机制滑行理论（sliding theory ）1肌丝的分子结构 粗肌丝-肌凝蛋白（肌球蛋白） 头部：横桥（cross-bridge） 与肌动蛋白结合 ATP酶活性（需与肌动蛋白结合 ） 杆部 ： 粗肌丝主杆细肌丝 肌动蛋白（actin）组成细肌丝主杆与横挢结合，激活其ATP酶 原肌球蛋白（tropomysin）阻止肌动蛋白与横挢结合 肌钙蛋白（tropoin）TnT：与原肌球蛋白结合TnI： 肌动蛋白结合TnC：与Ca2+结合3 收缩过程依照肌丝滑行理论,基本过程是:肌细胞产生动作电位引起肌浆中Ca2+浓度升高时,Ca2+与肌钙蛋白亚单位C结合, 肌钙蛋白及原肌凝蛋白相继发生构象改变,位阻效应解除,肌纤蛋白上的结合位点暴露,横桥与之结合,横桥发生扭动, 将细肌丝往粗肌丝中央方向拖动。经过横桥与肌纤蛋白的结合、扭动、解离和再结合、再扭动所构成的横桥循环过程，细肌丝不断滑行，肌小节缩短。其间伴有ATP 消耗和化学能向机械能的转换。（三）兴奋收缩藕联（Excitation-contraction coupling）概念：动作电位为特征的兴奋与以肌丝滑行为特征的收缩联系起来的中介过程 1肌管系统T管L管 终池三联管结构2兴奋收缩藕联过程动作电位通过横管膜传向肌细胞深处，终末池膜上的Ca2+通道开放,Ca2+顺浓差流入肌浆,使肌浆Ca2+浓度比安静时增高100倍之多。Ca2+触发肌丝滑行,是兴奋-收缩耦联中的关键因子,由横管及其两旁的终末池所形成的三联管是兴奋-收缩耦联的关键结构。（四）骼肌收缩的力学分析1骨骼肌收缩的外部表现长度缩短 或/和 张力增高等张收缩（isotonic contraction）肌肉作等张收缩时长度缩短,张力不变。等长收缩 （isometric contraction）肌肉作等长收缩长度不变，张力增加。单收缩（single twich）肌肉对单个刺激产生一次迅速的机械反应,称为单收缩强直收缩（tetanus）2前负荷对收缩的影响 前负荷（preload）肌肉收缩之前所遇到的负荷， 决定初长度 初长度（initial length）肌肉收缩之前的长度 长度-张力曲线在一定范围内，前负荷越大，初长度越长，粗细肌丝的有效重叠越多，肌肉收缩越强。当肌肉收缩达到最大时所对应的为最适前负荷和最适初长度 3后负荷对收缩的影响 后负荷（after-load）肌肉收缩开始之后所遇到的负荷，后负荷肌肉收缩的张力肌肉收缩的张力缩断速度肌肉收缩的张力缩断长度 肌肉收缩的张力缩断开始的时间延后 力-速度曲线：固定前负荷不变,让肌肉在不同的后负荷条件下进行等张收缩。把肌肉所产生的张力和缩短初速度绘成坐标曲线。4肌肉收缩能力对收缩的影响肌肉收缩能力（contractility）：决定肌肉收缩效能的内在特性肌肉收缩能力 收缩效能思考题1 给患者口服补充含Na+的电解质液体时，为什么要加入适量的葡萄糖？2 刺激引起神经兴奋的内因和外因是什么？3 当兴奋在球形细胞上传导时，为什么不会沿细胞膜反复在细胞上循环不停？4 为什么动作电位的大小不因传导的距离增大而降低，这是否有违能量守恒定律？5 血K+浓度变化对兴奋性、静息电位和动作电位分别有何影响？说明其机制。6 为什么终板电位无超射现象？7 为什么动物死亡后会出现尸僵？8 刺激神经肌肉标本的神经，肌肉不发生收缩，可能有哪些原因？如何鉴别？参考文献1 姚泰 主编 生理学，第五版，北京：人民卫生出版社，2002 P47742 姚泰 主编 人体生理学，第三版，北京：人民卫生出版社，20023Guyton AC Textbook of Medical Physiology 10th ed, WB Saunders Co, Philadelphia, 2000 P3824294Ganong WF Review of medical physiology 20th ed, McGraw-Hill publishing Co, New York, 1999第三章 血液目的要求1、掌握：血液的理化特性及生理意义生理止血过程血型分型依据2、熟悉：血细胞的生理功能3、了解：血细胞生成的调节讲授重点生理止血讲授难点血浆渗透压；血小板的生理特性教材生理学(5版),姚泰主编,人民卫生出版社,2000,北京案例：某新生儿，第二胎，出生后24小时出现黄疸，血红蛋白降低。查ABO血型为A型，Rh血型为Rh+，其母ABO血型为O型，Rh血型为Rh+。诊断为新生儿溶血病（ABO溶血）。问题1该患儿为什么会出现溶血？2如果其母血型为Rh-，其发病机制有何异同？第一节 血液的组成和血量一、 血液的基本组成和血量血量（blood volume）人体内的血液总量简称为血量，指存在于循环系统中的全部血液容积。正常成人的血液总量约占体重的7-8%，也即每公斤体重约有70-80ml血液。血量分为循环血量和储备血量。循环血量：占绝大部分，在心血管中快速流动储备血量：小部分，休息时滞留在肝、脾、腹腔，流动慢、应急时可加入循环血量。血量相对恒定对于人体正常生命活动有重要意义。二、 血浆的化学成分、作用三、 血液的理化特性（一） 血液的比重（Specific Gravity）全血 1050-1060血浆 1025-1030红细胞 1090-1092（二） 血液的粘度（Viscosity）水 1血浆 16-24血液4-5（三） 血浆渗透压（Osmotic Pressure）血浆中溶质分子所产生的水移动引起的压力。由溶液本身声的特性所决定，其大小与溶质颗粒数目的多少成正比，而与溶质的种类及颗粒大小无关。 渗透压单位：用1升中所含的非电解质或电解质的毫摩尔表示，称为毫渗透摩尔，简称毫渗。正常人血浆渗透压约300m0sm/L（5776mmHg）等渗液与等张液血浆渗透压的生理作用：血浆晶渗压：血浆中晶体物质所形成，如Na+、Cl-,调节细胞内外水平衡，维持红细胞正常形态。血浆胶渗压：血浆中蛋白质所形成，调节血管内外水平衡，维持血容量。（四） 血浆pH正常人血浆的pH为735745。血浆缓冲对，NaHCO3/H2CO3(五)血细胞比容（Hematocrit）血细胞在血液中所占的容积百分比，实际上即红细胞比容成年男性40%-50%成年女性37%-48%新生儿 约55%增加见于红细胞增多症减少见于贫血根据血细胞比容可以用染料稀释法计算血量第二节 血细胞生成一、 血细胞生成部位的迁移二、 造血过程和造血干细胞三、 造血过程和造血干细胞(一) 造血过程包括1、 造血干细胞（hemopoitic stem cells）2、 定向祖细胞（committed progenitor）3、 前体细胞（precursors）(二) 造血干细胞的特征：1、 高度自我更新能力（self-renewed）2、 多向分化潜能 3、 静止性4、 不均一性5、 表面标志四、 造血微环境(hemopoietic microenvironment)（一） 造血微环境的基本结构造血基质细胞细胞外基质微血管、神经纤维（二） 造血微环境功能对正常造血细胞增值、分化的调控第三节血细胞生理一、 红细胞生理（一） 红细胞的数量和形态成年男性： 45-551012/L 成年女性： 38-461012/L新生儿： 601012/L正常红细胞凹圆碟形，直径约7-8m容积约为90m3（二） 红细胞的生理学特性和功能1、 红细胞的生理学特性：红细胞膜有选择通透性红细胞具有可塑变形性红细胞的悬浮稳定性（suspension stability）指血液中的红细胞能够彼此保持一定距离而悬浮于血浆中的特性。红细胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate, ESR）将抗凝的血静置于垂直竖立的小玻璃管中，由红细胞的比重较大受重力作用而自然下沉，正常情况下下沉十分缓慢，常以红细胞在第一小时末下沉的距离来表示红细胞沉降的速度，称ESR魏氏法检测ESR正常值 男：015mm/h; 女：020mm/h影响ESR因素分析红细胞渗透脆性（osmotic fragility）指红细胞在低渗盐溶液中发生膨胀、破裂和溶血的特性，用于表示红细胞对低渗盐溶液的抵抗能力。2、 红细胞的功能运输O2和CO2缓冲作用：4对缓冲物质（三） 红细胞的生成及其调节1、 红细胞生成：2、 红细胞生成的调节红细胞生成所需的原料：维生素B12、叶酸、蛋白质、铁负性调节整体调节（四）红细胞寿命与破坏 平均寿命 120天二、 血小板生理（一） 血小板的形态、数量和功能血小板（platelet,thrombocyte）:形态：呈两面微凹的圆盘状，平均直径2-4m，平均面积8m2，受刺激时伸出伪足。数量：正常成年人：100-300109/L 凝血酶原 F 与凝血过程瀑布反应逐级扩大相适应2、 凝血过程（1） 起始期 a（2） 磷脂表面期 a（3） 凝块形成期三、 抗凝系统主要抗凝物质1、 丝氨酸蛋白酶抑制物抗凝血酶作用机制：抗凝血酶III与酶活性中心的丝氨酸残基结合? 酶失活（IIa、VII、IXa、Xa、XIIa）2、 蛋白酶C系统作用机制：灭活凝血因子V和VIII限制因子Xa和血小板结合-纤维蛋白的溶解3、 组织因子途径抑制物（TFPT）4、 肝素作用机制：与抗凝蛋白结合? 抗凝蛋白活性- -释放凝血抑制物和纤溶酶原激活物激活脂酶四、 纤维蛋白溶解与抗纤溶纤维蛋白溶解系统图：纤维蛋白溶解系统第七节血型与输血 一、 ABO血型（一） ABH血型抗原（二） 血型抗体1、 天然抗体 出生一年后逐渐出现在血浆中，多属IgM，分子大，不通过胎盘2、 免疫抗体 获得性的在输血、人参、分娩时产生，属IgG，分子小，可通过胎盘进入胎儿体内，有重要意义。（三） ABO血型的遗传：图ABH抗原物质化学结构A B O基因为一组某位基因A B 显性O 隐性（四）ABO血型鉴定和交叉配血测定ABO系统的方法是：在玻片上分别滴上一滴抗B、一滴抗A和一滴抗A-抗B血清，在每一滴血清上再加一滴红细胞悬浮液，轻轻摇动，使红细胞和血清混匀，观察有无凝集现象。图：ABO血型的测定交叉配血（corss-match test）：试验主侧：把供血者的血细胞与受血者的血清作配合试验；试验次侧：把受血者的血细胞与供血者的血清作配合试验。二、Rh血型系统1、 Rh血型的发现与分布2、 Rh血型系统的抗原与分型3、 Rh血型的特点及其临床意义三、输血的原则首先必须保证供血者与受血者的ABO血型相合；即使在ABO系统血型相同的人之间进行输血，在输血前必须进行交叉配血试验。 交叉配血试验：1、 如果交叉配血试验的两侧都没有凝集反应，为配血相合， 可以进行输血；2、 如果主侧有凝集反应，则为配血不合，不能输血；3、 如果主侧不引起凝集反应，而次侧有凝集反应，只能在应急情况下输血，输血时不宜太快太多，并密切观察，如发生输血反应，应立即停止输注。参考文献1、 促红细胞生成素与红细胞生成的调控 国外医学 临床生物化学与检验学分册 2001，11（5）2、 调控红细胞生成的转录因子及其作用 中华血液学杂志 2001，22（5）参考书1、 生理学 五年制 第五版 主编 姚泰2、 生理学 七年制 主编 姚泰3、 Review of Medical physiology4、 造血生理学 20th edition William F,Ganong思考题1、血液有哪些生理功能2、 试述红细胞的生理作用、生成原料、及生成调节3、 试述生理止血过程4、 试述输血的基本原则第四章 血液循环（上）心脏生理目的要求掌握心脏的功能及实现其功能的原理讲授重点1心肌细胞动作电位的特点和产生机制2 心肌细胞电生理特性及其影响因素3 心脏泵血机制及过程4 心脏泵血功能评价的基本指标5 影响心脏泵血功能的因素讲授难点1 心肌细胞动作电位的产生机制2 影响因素心肌细胞电生理特性的机制3 心脏泵血功能调节机制教材生理学(5版),姚泰主编,人民卫生出版社,2000,北京第四章 血液循环（上）心脏生理案例：两青年男性患者，每搏输出量均为75ml、心率均为90次/分，二人左室舒张末容积均为160ml，其中甲患者身高15m，体重50kg，体表面积14m2；乙患者身高16m，体重68kg、体表面积17m2，如何判断两患者的心功能？第一节 心脏的生物电活动心脏的主要功能是泵血。与骨骼肌一样，细胞膜的兴奋是触发心肌收缩的始动因素。心肌的动作电位也与骨骼肌动作电位有明显差异，使得心脏的收缩也具有自身特点。因此，掌握心肌生物电活动规律，对于理解心肌的生理特性、心脏收缩活动规律及心律失常的发生机制都有重要意义。一、 心肌细胞的分类二、 心肌细胞的电活动（一） 工作细胞1静息电位（resting potential）心室肌细胞的静息电位约为-90mV，形成机制 主要是Ek，K+经IK1通道外流但Ek 为-94 mV，而RP为-90mV，表明还有其它因素参与（如Na+的内流）2动作电位（action potential）机制 （1）去极化过程：又称为0期（phase 0）从-90mV+30mV，约1ms去极化到阈电位（-70mV）快Na+通道开放，出现再生性Na+内流Na+顺电-化学梯度进入细胞内去极化快通道（fast channel）快反应细胞（fast response cell）快反应动作电位（fast response action potential）（2）复极过程：从0期去极化静息电位1期（phase 1） 从+30mV0mV 约10ms，由短暂的一过性外向电流（transient outward current, Ito）引起Ito通道在去极化到约-20mV时激活，为K+外流2期（Phase 2）：又称缓慢复极期。膜内电位停滞于0mV左右，常称平台期（plateau），持续约100150ms平台期初期，内向Ca2+电流与外向K+电流处于相对平衡状态，膜电位稳定在0mV左右。平台期晚期，内向Ca2+电流逐渐减弱，外向K+电流逐渐增强，出现一种随时间推移而逐渐增强的微弱的净外向电流，导致膜电位缓慢地复极化。 Ca2+通道 主要是L型Ca2+通道心肌细胞膜的电压门控Ca2+通道：T型(transient channel)Ca2+通道：阈电位为-50-60mV，激活和失活均快，其单通道电导小于L型Ca2+通道，所形成的Ca2+内流参与0期去极，因其微弱和失活快，分别在0期去极和平台期的形成中作用不大。L型(long-lasting channel)Ca2+通道：阈电位为-30-40mV。激活、失活和复活均慢，Ca2+内流起始慢，持续时间长，又称为慢通道（slow channel），在平台期形成中起重要作用。可被Mn2+和维拉帕米（verapamil）阻断。问题 Ca2+通道阻断剂对平台期有何影响？Ca2+通道阻断剂可使平台期提前结束而使之缩短，并降低平台期的电位水平。 K+通道 主要是IK通道IK通道在+20mV时激活，-40-50mV时失活，其激活和失活缓慢，可持续数百毫秒，又称延迟整流电流（delayed rectifier）。尽管IK通道在0期去极末开始激活，但通透性增加缓慢，从而形成平台期逐渐增大的外向K+电流。3期（phase 3）：又称快速复极末期。0mV左右 -90mV，约100150ms。机制：L型Ca2+通道关闭，Ca+内流停止，而K+外流进行性增加所致。参与3期复极的K+通道 IK 在平台期逐渐增大的IK电流导致平台期的终止和触发3期复极，直至3期复极到-50mV左右才关闭。 IK1 去极化关闭，复极化恢复开放，膜对K+通透性进行性增大，K+外流不断增强，为再生性正反馈过程，导致膜快速复极化。4期（phase 4）：又称恢复期。膜电位稳定于-90mV，恢复细胞内外离子的正常分布Na+-K+泵 排Na+,摄K+，恢复Na+、K+的分布Na+-Ca2+交换体（Na+-Ca2+ exchanger）Na+顺浓度梯度入，Ca2+逆浓度梯度外排。Na+-Ca2+交换是以跨膜Na+内向性浓度梯度为动力，最终也依赖于Na+-K+泵提供能量。问题 给予洋地黄类药物抑制Na+-K+泵的活性，对心肌收缩有何影响？洋地黄类药物抑制Na+-K+泵就可降低Na+的内向浓度梯度而使Na+-Ca2+交换减弱，Ca2+的外排减少，进而可加强心肌收缩力量。2 浦肯野细胞 最大复极电位约为-90mV，其动作电位的0、1、2、3期的形态及离子机制与心室肌细胞相似，但有4期自动去极化4期自动去极化的离子基础 随时间而逐渐增强的内向离子电流（即If电流），通常被称为起搏电流（pacemaker current）。If主要为Na+(也有少量K+)。If在复极至-60mV时开始激活，至-100mV时完全激活。因其激活缓慢，并随时间的延长而增大，在4期内进行性增大。当4期自动去极达阈电位时，便可产生新的AP，而If在0期去极化至-50mV时因通道的失活而终止3窦房结P细胞 生物电活动特点：最大复极电位（-70mV）和阈电位（-40mV）均高于浦肯野细胞；0期去极化幅度低（仅70mV），速度慢（约10v/s），时程长（7ms左右），0期只去极化到0mV左右，无明显的极化倒转；无明显复极1期和2期；4期自动去极化速度快（约01v/s），明显快于浦肯野细胞（002V/s）。生物电活动的形成机制RP 因窦房结P细胞缺乏Ik1通道，膜对K+的通透性相对较低，PNa相对高，故最大复极电位小AP0期去极 L型Ca2+通道激活， Ca2+内流。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。3期复极 L型Ca2+通道逐渐失活，Ca2+内流相应减少，及IK通道的开放，K+外流增加。4期自动去极化IK：复极至-60mV时，因失活逐渐关闭，导致K+外流衰减，是最重要的离子基础。ICa：在4期自动去极化到-50mV时，T型Ca2+通道激活，引起少量Ca2+内流参与4期自动去极化后期的形成。If: 因P细胞最大复极电位只有-70mV，If不能充分激活，在P细胞4期自动去极化中作用不大。二、心肌的电生理特性 心肌细胞主要跨膜离子流小结三、心肌的电生理特性（一）兴奋性兴奋性（excitability）是指具有对刺激产生兴奋的能力或特性，兴奋性的高低可用阈值作为衡量指标。阈值大表示兴奋性低，阈值小表示兴奋性高。1、决定和影响心肌兴奋性的因素 （1）静息电位与阈电位之间的差值：静息电位（或最大复极电位）绝对值增大或阈电位水平上移，二者间差值增大兴奋性降低。（2）离子通道的性状： Na+通道是否处于备用状态，是快反应细胞当时是否具有兴奋性的前提，正常静息电位水平又是决定Na+通道能否处于或复活到备用状态的关键问题 高血钾对心肌兴奋性有何影响？轻度高K+（约为5至7mmol/L）时，由于静息电位仅略有减小，与阈电位水平之间差减小，兴奋性增高。当细胞外K+显著增高（7mmol/L），则因静息电位显著降低而引起Na+通道处于失活状态，兴奋性反而降低。若静息电位持续低于-50mV时，Na+通道将全部于失活状态，此时将不能产生快反应动作电位，快反应兴奋性丧失。但由于此时Ca2+通道尚未失活，受刺激时仍可产生慢反应动作电位。 2、兴奋性的周期性变化 （1）有效不应期（effective refractory period, ERP）： 0期去极化到3期复极至-60mV，绝对不应期（absolute refractory period） 0期去极化到3期复极化至-55mV （2）相对不应期（relative refractory period）：复极化-60mV至-80mV的时间（3）超常期（supernormal period）：膜内电位由-80mV恢复到-90mV3、心肌兴奋性变化特点-有效不应期长 意义： 保证了心肌收缩和舒张交替进行，有利于心室的充盈和射血 与期前收缩（premature systole）后代偿性间歇（compensatory pause）的产生有关。（二）自律性组织、细胞能够在没有外来刺激的条件下自动发生节律性兴奋的特性称为自动节律性（auto-rhythmicity），简称自律性。具有自动节律性的组织或细胞称为自律组织或自律细胞。自律性的高低可用单位时间（每分钟）内自动发生兴奋的次数，即自动兴奋的频率来衡量。1心脏的起搏点 正常起搏点（normal pacemaker）潜在起搏点（latent pacemaker） 安全因素，当正常起搏点活动障碍时，作为备用起搏点仍能以较低的频率保持心脏跳动 潜在的危险因素，当其自律性增高并超过窦房结时，可引起心律失常， 异位起搏点（ectopic pacemaker）窦房结对潜在起搏点的控制抢先占领（capture）超速压抑或超速驱动压抑（overdrive suppression）。超速压抑的意义： 当一过性窦性频率减慢时，使潜在起搏点自律性不能立即表现出来，有利于防止异位搏动。 当窦房结细胞停止起搏时，潜在起搏点不能立即起搏，将引起心脏短时停搏和脑缺血，甚至危及生命。在人工起搏时，如需要暂停人工起搏器，应逐渐降低其驱动频率，以免发生心搏停止。2决定和影响自律性的因素 （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NA可促进窦房结细胞If通道和Ca2+通道的开放，使If和ICa增大，4期自动去极化速度和自律性增高。Ach提高膜对K+的通透性，使4期膜对K+的通透性增大，K+外流衰减减慢；同时，Ach还可抑制If和L型Ca2+通道的开放，均使4期自动去极化速度减慢，自律性降低。（三）传导性心肌细胞具有传导兴奋的能力，称为传导性（conductivity）。传导性的高低可用兴奋的传播速度来衡量1、心脏内兴奋传播的特点（1）心肌细胞间直接电传递：心肌细胞间存在闰盘，相邻细胞间可通过缝隙连接（gap junction）处的细胞间通道相互联系，兴奋可在细胞间迅速传播，以实现其同步性活动，使整个心室（或整个心房）构成一个功能上互相联系的功能性合胞体（functional syncytium）。（2）通过特殊传导系统有序传播兴奋（3）心脏内兴奋传导速度不均一：传导最慢：房室结房室延搁（atrioventricular delay）意义：房室不同时收缩,心室收缩紧跟在心房收缩完毕后进行 传导最快：心室内浦氏纤维意义：保证心室肌几乎完全同步收缩，产生较好的射血效果（4）特殊传导系统对快速兴奋具有过滤保护作用：房室交界的细胞不应期长，当室上性心动过速、心房颤动时，使部分心房传来的快速兴奋不能下传。末梢浦肯野纤维的不应期长，也可防止心室肌的兴奋向浦肯野纤维逆向传播。2、决定和影响传导性的因素 （1）心肌细胞的结构 细胞直径：细胞直径大，细胞内的电阻降低，则空间常数增大，兴奋部位的电位变化所引起的电紧张扩布的范围也越远，传导速度增快。细胞间通道数目：细胞间通道数目多，使纵向细胞内电阻小，传导快。结区细胞直径小，细胞间通道数目少，故传导慢，窦房结及房室交界区为慢反应细胞，其0期去极速度慢、幅度低，也决定其传导速度慢（2）0期去极化的速度和幅度0期去极的速度愈快，局部电流的形成也将愈快，兴奋传导愈快。0期去极的幅度愈大，兴奋与未兴奋部位间的电位差愈大，向前影响的范围也愈广，兴奋传导愈快。0期去极的速度和幅度取决于Na+通道开放的速度和数量。Na+通道被激活后开放的速度和数量称为Na+通道的效率或可利用率。Na+通道的效率是电压依从性的，取决于临受刺激前的静息电位值。静息电位绝对值降低，Na+通道开放的速度和数量降低， 0期去极速度减慢，幅度降低，传导减慢。（3）邻近未兴奋部位的兴奋性 邻近未兴奋部