心肌细胞的生物电现象

第四章血液循环 一 血液循环系统的构成 二 血液循环的功能 心泵血 内分泌循环系统输送血液 血管调整器官血液分配内分泌 三 本章的主要内容 心脏生理血管生理心血管活动的调节 心电周期心动周期 心脏的基本结构 心肌组织的生理特性 兴奋性自律性传导性收缩性 机械特性 电生理特性 心肌细胞的类型 工作细胞 收缩性 兴奋性 传导性无自律性 心房肌和心室肌 自律细胞 兴奋性 传导性 自律性无收缩性 特殊传导系统 第二节心脏的生物电活动 内容1 心肌细胞的生物电现象 内容2 心肌电生理特性 一 心肌细胞的生物电现象 一 心室肌细胞的静息电位 电位值 90mV形成机理 K 的向外扩散K1通道 二 心室肌细胞的动作电位 心室肌细胞动作电位的构成 除极过程 0期 膜去极化 Ap上升支复极过程1期 快速复极初期2期 平台期 主要特征 3期 快速复极末期静息期 4期 膜电位稳定于Rp水平 三 动作电位形成机制 0期 心室肌细胞在窦房结传来的动作电位刺激下 心肌细胞膜上Na 通道部分激活开放 少量Na 内流膜部分去极化去极化达阈电位 膜上Na 通道大量开放出现再生性Na 内流膜完全去极化 反极化 快Na 通道 Na 通道激活快 失活也快 开放时间短 电压依赖性通道阻断剂 河豚毒 tetrodotoxin TTX 快反应细胞 以Na 通道为0期去极的心肌细胞快反应动作电位 快反应细胞产生的动作电位 1期 Na 通道失活关闭 一过性外向电流 Ito 产生 成分主要为K 导致膜快速复极化2期 内向电流 外向电流平台期 是心肌动作电位时程较长的主要原因 也区别于骨骼肌细胞的主要特征 这一期的特征是 Ca2 的内流抵消K 外流 Ca2 channel L typeCa2 channel 激活 失活 复活均慢 开放时间长 为电压门控通道 是形成2期的主要离子 可被Mn2 和钙通道阻滞剂如维拉帕米等阻断 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 delayedrectifier 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 Ca2 通道失活 膜对K 通透性增高 K 外流进行性增加 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 膜电位数值已达静息电位水平 但细胞内外离子分布发生变化 膜内多了Na Ca2 膜外多了K 激活膜上Na K 泵 排Na 摄K 由胞外进入细胞内的Ca2 通过Na Ca2 交换 膜上Ca2 泵排出胞外 使细胞内外离子分布恢复到静息状态 保证心肌正常兴奋性 内向电流 正离子由膜外向膜内流动或负离子由膜内向膜外流动 造成膜除极 外向电流 正离子由膜内向膜外流动或负离子由膜外向膜内流动 导致膜复极或超极化 动作电位及其形成机制 0期 Na 内流 再生性钠电流 1期 K 外流 Ito 2期 K 外流和Ca2 内流处于平衡3期 K 外流 Ik再生性复极 4期 离子恢复 Na K 泵和Na Ca2 交换 Ca2 泵 二 心肌的兴奋性 一 心肌兴奋过程中兴奋性周期性变化心肌细胞发生一次兴奋后 兴奋性会发生周期性变化 可用刺激阈值作为衡量指标 兴奋性的周期性变化 绝对不应期和有效不应期 相对不应期 超常期 心肌兴奋性的周期性变化 有效不应期 局部反应期 相对不应期 超常期 心肌细胞有效不应期特别长 约250ms 骨骼肌有效不应期约2 3ms神经有效不应期约1ms 不应期长的意义 避免发生强直收缩 使心脏射血充盈交替进行 兴奋性周期性变化与收缩的关系心肌收缩是在肌膜AP触发下 发生兴奋 收缩耦联 引起肌丝滑行实现的 1 不发生强直收缩不应期相当于收缩期和舒张早期 当刺激频率 多数刺激落在有效不应期内 最多引起期前收缩 不会发生强直收缩 2 期前收缩与代偿间歇期前收缩 心脏受到窦性节律之外的刺激 产生的收缩在窦性节律收缩之前 称为期前收缩 代偿间歇 一次期前收缩之后所出现的一段较长的舒张期称为代偿性间歇 3 有关心肌收缩的几点说明 对 Ca2 o有明显的依赖性 Ca2 o Ca2 内流 肌缩力 Ca2 o Ca2 内流 肌缩力 Ca2 o Ca2 内流无 兴奋收缩脱耦联 影响收缩的因素a 前负荷的影响b 后负荷的影响 c 缺氧和酸中毒缺氧和酸中毒 H H 与Ca2 竟争性地与原凝蛋白结合 心缩力 d 交感神经或儿茶酚胺 促进膜的钙通道开放 加速Ca2 内流 并促进肌质网终末池释放贮存的Ca2 和促进ATP释放供能 兴奋 收缩耦联加强 心缩力增强 e 迷走神经或乙酰胆碱增加膜对K 的通透性和抑制钙通道开放 Ca2 内流减少 心缩力减弱 影响兴奋性因素1 静息电位水平RP 距阈电位远 需刺激阈值 兴奋性 RP 距阈电位近 需刺激阈值 兴奋性 2 阈电位水平上移 RP距阈电位远 需刺激阈值 兴奋性 下移 RP距阈电位近 需刺激阈值 兴奋性 3 Na 通道的性状Na 通道所处的机能状态 是决定兴奋性正常 低下和丧失的主要因素 完全备用 失活 刚复活 渐复活 基本备用 产生AP绝对不应期局部反应期相对不应期超常期 兴奋性正常兴奋性无兴奋性低兴奋性高 Na 通道状态 备用 关 激活 开 失活 关 三 心肌的自动节律性 自动节律性 自律性 心肌能自动地 有节律地产生兴奋的能力自律细胞 心脏内特殊传导系统的细胞 产生自律性的基础 4期自动去极化净内向电流 一 自律细胞的跨膜电位及其形成机制 1 浦肯野细胞的动作电位及其形成机制2 窦房结细胞的动作电位及其形成机制 浦肯野细胞4期自动除极机制 1 进行性增强的内向电流If 3期复极达 60mv时激活开放 100mv时充分激活 去极化达 50mv时失活 2 复极化时外向电流K 逐渐衰减 当复极达 60mv时Ik就开始关闭 至最大复极电位时接近完全关闭 If电流与快钠通道比较 离子作用激活电压阻断剂 浦肯野细胞动作电位 窦房结细胞动作电位 窦房结细胞 慢反应自律细胞 的电位特征 RP 不稳定 能自动去极化 最大舒张电位 缺乏K1通道 AP 分0 3 4三个时期 无1期和2期 2 电位形成机制 0期 当4期自动去极化达到阈电位 激活慢钙通道 Ica L型 Ca2 内流 Ca2 Ca2 0期 阈电位 零电位 按任意键显示动画1 2 3期 慢钙通道 Ica L型 渐失活 激活钾通道 IK Ca2 内流 K 递减性外流 因钾通道的失活K 呈递减性外流 K Ca2 3期 按任意键显示动画1 2 K Na Ca2 4期 按任意键显示动画1 2 窦房结细胞4期自动除极机制 1 Ik通道逐渐失活 K 外流进行性衰减2 Na 内流进行性增强 If 3 T型Ca2 通道的激活 Ca2 内流 窦房结细胞0期去极化机制 1 与Na 无关2 Ca2 内向电流 L型Ca2 通道 窦房结细胞与浦肯野细胞比较 心肌细胞分类 快 慢反应心肌细胞AP的特征比较快反应AP慢反应AP 电位幅度高 电位幅度低 0期去极速度快 0期去极速度慢 0期主要与Na 内流有关 0期主要与Ca2 内流有关 具有快 慢通道 只有慢通道 以快通道为主 Rp稳定 普通心肌细胞 Rp不稳定 自律细胞 不稳定 自律细胞 通道阻断剂 河豚毒 通道阻断剂 Mn2 异搏定 二 心脏传导系统的自律性及影响因素 窦房结 心房内传导 房室交界 房室束 浦氏纤维 100次 分 50次 分 50次 分 40次 分 25次 分 依次降低 正常起搏点 窦房结潜在起搏点 房室结等传导系统窦性心律 心脏节律性活动以窦房结为起搏点异位心律 以窦房结以外的部位为起搏点的心脏活动 窦房结对潜在起搏点的控制方式 抢先占领超速驱动压抑 抢先占领 超速抑制 抢先占领 由于窦房结自律性高于其它潜在起搏点 当潜在起搏点4期限自动去极化尚未达到阈电位水平时 已被窦房结传来的冲动所激动而产生动作电位 其自身的自律性无法表现出来 超速驱动压抑 当自律细胞受到高于它的固有自律频率的刺激时 按外加刺激的频率发生兴奋 称超速驱动 当外来超速驱动刺激停止后 自律细胞不能立即恢复其固有自律性活动 需经一段时间才恢复其自律性 影响自律性的因素 4期自动去极化的速度最大复极化电位 最大舒张期电位 阈电位水平 自动去极化的速度 快 慢 到达阈电位所需时间 缩短 延长 单位时间爆发AP的次数 多 少 自律性 最大复极化电位水平 小 大 与阈电位差距 大 小 四 心肌细胞的传导性和兴奋在心脏的传导 一 心肌细胞的传导性 电传导 二 兴奋在心脏内的传导过程和特点 传导过程 窦房结 心房内传导 房室交界 结区 房室束 浦氏纤维 0 05米 秒 0 4米 秒 0 05米 秒 0 02米 秒 0 2米 秒 4米 秒 房室延搁及生理意义 兴奋由心房向心室传导过程中在房室交界处速度突然减慢的现象 使房缩在前 室缩在后 使心室得到更好的充盈 影响传导性的因素 1 结构因素 细胞直径大 横截面积大 电阻小 兴奋传导快 2 生理因素 0期除极化速度和幅度邻近部位膜的兴奋性 心肌细胞 粗 细 细胞内电阻 小 大 局部电流 大 小 传导速度 快 慢 0期去极化速度幅度 局部电流形成速度强度 未兴奋区产生AP的时间