心脏生理学及机子对心脏的影响

1、离子及其通道对心脏活动影响的研究进展,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,主要内容,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,心脏简介,心脏是人和脊椎动物器官之一。是循环系统中的动力。人的心脏如本人的拳头 心脏外形像桃子，位于横膈之上，两肺间而偏左。,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,心脏简介,心脏的结构 心脏主要由心肌构成，有左心房、左心室、右心房、右心室四个腔。左右心房之间和左右心室之间均由间隔隔开，故互不相通，心房与心室之间有瓣膜，这些瓣膜使血液只能由心房流入心室，而

2、不能倒流。,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,心脏的生理功能,心脏的生理功能主要有以下三种 心脏的泵血功能 心肌的生理特性 心肌的生物电现象,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,心脏的生理功能,心脏的泵血功能 心脏是个主要由心肌组织构成的、带有瓣膜机构的中空器官，泵血是心脏最重要的生理功能。 在整个生命过程中，心脏通过周期性的收缩与舒张，以及由此而引起的瓣膜周期性的启闭活动推动血液想一定的方向流动：由心室射入动脉，由静脉回到心房。 心脏周期性的泵血功能在心肌的生物电活动、机械收缩和瓣膜启闭活动的密切配合下实现

3、的。,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,心脏的生理功能,心动周期中压力、容积等变化 1 主A内压 2 左心室内压 3 左心房内压 4 心音 5 心室容积 心房收缩期 等容收缩期快速射血期 缓慢射血期等容舒张期 快速充盈期减慢充盈期,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,心脏的生理功能,心脏的生理特性 （一）自律性 心脏在离体和脱离神经支配下，仍能自动地产生节律性兴奋和收缩的特性。 （二）兴奋性 心肌对刺激又产生动作电位的能力。心肌一次兴奋过程中，其兴奋性可发生周期性变化。 （三）传导性 心肌细胞都有传导兴奋的能

4、力。 （四）收缩性 工作细胞接受有效刺激而产生动作电位，再起触发作用下，引起收缩。,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,心脏的生理功能,心肌的生物电现象 心脏的泵血功能依赖于其有节律的舒张和收缩活动，而节律性舒张和收缩活动的生理基础是心肌细胞在兴奋性、自律性、传导性和收缩性方面具有的特殊的生理特性。 其中兴奋性、自律性、传导性和收缩性是以心肌细胞的生物电活动为基础的，而收缩性则是在袭击细胞膜的动作电位触发下产生的机械收缩反应。 所以，心肌细胞进行的一切活动都是以的生物电为基础的，而心肌的生物电又与离子的运动密切相关。,Wuhan Polytechnic

5、 University,动 物 生 理 学,心脏的生理功能,生物电的种类与机理 （一）普通心肌细胞跨膜电位及其形成机制 1.静息电位 正常心室细胞的静息电位约为-90mV，即膜内电位电位较膜外电位低90mV，此种状态成为极化。与神经细胞、骨骼肌细胞一样，心室肌细胞的静息电位主要是K+外流所达到的平衡电位。 2.动作电位 心室肌细胞收到刺激兴奋后产生的动作电位，也由去极和复极两个部分组成，但比骨骼肌的形势复杂，时程也长得多。,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,心脏的生理功能,2.动作电位 心室肌细胞整个动作电位可以分为0、1、2、3、4五个时期，其中0

6、期为去极过程，1、2、3、4期为复极过程。,0 去极化过程 1 快速复极期 2 平台期 3 快速复极期 4 静息期,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,心脏的生理功能,（二）自律细胞的跨膜电位及形成机制 1.浦肯野细胞的跨膜电位 浦肯野细胞动作电位的0、1、2、3期的波形、幅度和形成机理与心室肌细胞的相似，只是时间较长，但4期复极不同。4期复极时的膜电位并不稳定与静息电位水平，而是出现缓慢的自动去极现象。 2.窦房结P细胞的跨膜电位及特征 P细胞的动作电位由0、3、4期 组成，而无1、2期。动作电位 的幅值也小，约为70mV。,Wuhan Polyte

7、chnic University,动 物 生 理 学,影响心脏活动的离子和离子通道,总的来说，心脏的一切活动都是通过生物电来完成的，包 括神经的传导，心肌的收缩等。而影响心肌细胞生物电主 要包括离子通道与离子的跨膜运输。 离子通道是一类镶嵌于膜上的蛋白质。在一定条件下,这类蛋白质分子构型的改变可以构成通过无机离子的孔洞,称为离子通道。它包括,非门控离子通道(背景通道)与门控离子通道两大类;后者又分为电压门控离子通道、配体(或化学)门控离子通道和机械门控离子通道，受磷酸化调节 主要的离子通道包括钠通道、钾通道、钙通道、氯通道。,Wuhan Polytechnic University,动 物 生

8、 理 学,影响心脏活动的离子和离子通道,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,影响心脏活动的离子和离子通道,钠离子通道及钠离子研究进展,Na+离子通道结构,由3个亚基即12组成跨膜蛋白,亚基为钠通道的主亚基,1和2亚基为辅助亚基,亚基有4个跨膜区,每个区有6个跨膜段,5-6段形成孔壁,4段为电压感受器,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,影响心脏活动的离子和离子通道,亚型,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,影响心脏活动的离子和离子通道,Na+泵又称为钠钾泵，主要与需要电

9、、化学信号的传导的相关功能有关。钠离子的缺少或者过剩都会影响钾离子、钙离子的含量。 钠泵活性降低会导致的能量代谢障碍，电解质紊乱及心脏舒缩功能障碍可能是心力衰竭发病机制的重要环节。 许多心血管疾病与钠离子的紊乱有关，如冠心病、高血压等。,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,影响心脏活动的离子和离子通道,钾离子通道与钾离子的研究进展,K+通道结构,跨膜区有6个跨膜段,5-6段形成孔壁,4段为电压感受器,主亚基(亚基)有一个跨膜区,4个主亚基形成离子通道的孔,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,影响心脏活动的离子和

10、离子通道,总体看来心脏对细胞外K+浓度变化比较敏感;但不同部位心肌的敏感性不同，心房肌最敏感，房室束-浦肯野纤维系统次之，窦房结敏感性较低。 1.对心肌兴奋性的影响 细胞外K+时，对兴奋性的影响与其浓度升高的程度有关。当K+轻度或中度升高时，细胞内外K+梯度减小，K+外流力量减小，静息电位(RP)的绝对值减小，和阈电位(TP)的差值减小，细胞的兴奋性升高； K+大幅度升高时， RP的绝对值减小到-55mv时，钠通道的开放效率降低，钠通道逐渐失活，细胞的兴奋性降低或丧失，严重时，可导致心肌停搏于舒张状态。此时，仅由Ca2+来构成动作电位，故上升支小而缓慢，使兴奋传导性降低。,Wuhan Poly

11、technic University,动 物 生 理 学,影响心脏活动的离子和离子通道,（2）对心电周期的影响 当细胞外K+时，细胞膜对钾的通透性升高，心室肌细胞复极过程加速，平台期缩短，不应期也缩短。 （3）对心脏收缩的影响 高钾对心肌收缩功能有抑制作用。因为细胞外的钾和钙在细胞膜上有竞争性抑制，因此当膜外K+时，平台期内流的Ca2+减少，心肌细胞内的Ca2+浓度难于升高，减小了Ca2+的兴奋-收缩偶联作用，从而减低了心肌的收缩能力。4期自动除极速度减慢，导致窦房结自律性降低，心律减慢。 （4）高K+使心脏停搏在舒张期 高钾使心脏骤停，停在舒张期。,Wuhan Polytechnic Uni

12、versity,动 物 生 理 学,影响心脏活动的离子和离子通道,钙离子通道与钙离子的研究进展,Ca2+钙离子通道 化学本质是蛋白质，称为载体。钙离子与载体结合被转运。这种蛋白质与钙离子的结合类似酶与底物的结合。解释酶与底物专一结合的学说。,Ca2+ Ca2+主要与心脏神经兴奋性传递，心肌的收缩及心肌细胞中Na+的浓度有关。,Ca2+转移,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,影响心脏活动的离子和离子通道,细胞外Ca2+在心肌细胞膜上对Na+的内流有竞争性的抑制作用，称为膜屏障作用。因此，细胞外Ca2+浓度发生变化时，与Na+的内流和Ca2+的内流相关的

13、电活动都将受到影响，而对静息电位则无明显作用。 当细胞外Ca2+浓度时，对Na+的屏障作用，由于这种抑制作用，触发Na+快速内流产生0期去极化就比较困难，即TP上移，从而与RP的差距增大，兴奋性降低;发生兴奋后，Na+内流的抑制则导致0期去极化速度和幅度降低，传导性下降。 Ca2+内流是慢反应细胞0期去极化和快反应细胞2期的主要离子活动。当细胞外Ca2+浓度，使Ca2+内流加快，慢反应细胞0期去极化加快加强，传导性升高。 细胞膜对Ca2+的通透性升高，心室肌细胞平台期Ca2+内流增加，心肌收缩力增强增快;当细胞外Ca2+浓度过高时，心脏将停搏于收缩状态，称为钙僵直。,Wuhan Polytechnic University,动 物 生 理 学,影响心脏活动的离子和离子通道,其他通道与离子的介绍 Cl-及其通道的影响 在心脏中发现氯通道已有十余年，目前已知氯通道是一类成员较多的离子通道超家族。心肌氯通道的作用可能是多重的，由于阻断氯通道或Cr替代对心肌的电特性产生明显影响，而心肌氯通道的种类和分布又存在明显的种属差异，提示心肌氯通道的主要作用可能在于调控阳离子通道，或为阳离子通道的正常活动提供一个合适的离子环境。 Mg2+及其通道的影响 肌肉的收缩和舒张、神经传递信号都需要Mg2+ ， Mg2+能增强心脏的活力。 NaCl对心脏的影响 0.65%NaC