1、生理学课件第二节心脏的生物电活动和生理特性内向电流与外向电流内向电流与外向电流u 内向电流：正离子内流或负离子外流形成的电流内向电流：正离子内流或负离子外流形成的电流去极化去极化u 外向电流外向电流正离子外流或负离子内流形成的电流正离子外流或负离子内流形成的电流复极化复极化 或超极化或超极化整流：物理学名词，电流易向一个方向流动，而不易整流：物理学名词，电流易向一个方向流动，而不易向反方向流动向反方向流动u 内向整流：内流正离子通透性内向整流：内流正离子通透性或外流正离子通透性或外流正离子通透性u 外向整流：外流正离子通透性外向整流：外流正离子通透性或内流正离子通透性或内流正离子通透性相关概念
2、相关概念:Ik1K+一过性外向电流一过性外向电流Ito内向整流内向整流K电流电流Ik延迟整流延迟整流K电流电流Na+INa+快快Na+通道通道ICa-LCa2+Ca2+泵泵NaNa+-Ca-Ca2+2+交换体交换体 双向转运蛋白，双向转运蛋白，NaNa+:Ca:Ca2+2+=3:1=3:1NaNa+-K-K+泵泵 NaNa+:K:K+=3:2=3:2If 起搏电流起搏电流 ICa-T慢慢Ca2+通道通道(一一).).工作心肌细胞的跨膜电位及其形成机制工作心肌细胞的跨膜电位及其形成机制1.1.静息电位静息电位:(Resting Potential:(Resting Potential，RP)RP
3、)主要离子流主要离子流:I:Ik1k1电流电流(内向整流电流内向整流电流)其它离子流其它离子流:l NaNa+背景内流；背景内流；l NaNa+-K-K+泵（生电性）泵（生电性）一一.心肌细胞的跨膜电位及形成机制心肌细胞的跨膜电位及形成机制 工作细胞：心室肌、心房肌细胞工作细胞：心室肌、心房肌细胞跨膜电位：静息电位和动作电位跨膜电位：静息电位和动作电位人和哺乳类动物心室肌细胞的静息电位约为人和哺乳类动物心室肌细胞的静息电位约为-90mV-90mVIkIk1 1通道对通道对K K+的通透性因膜的去极化而降低的现象称为的通透性因膜的去极化而降低的现象称为内向整流。内向整流。6Inward Rect
4、ifier“gating”Extracellular solutionIntracellular Solution-80 mVK+K+Mg2+K+K+K+K+K+K+K+多胺多胺Mg2+2.2.动作电位动作电位:(:(Action Potential，AP)2.2.动作电位动作电位:(:(Action Potential，AP)刺激刺激复极过程复杂，复极过程复杂，持续时间很长，持续时间很长，降支与升支不对称。降支与升支不对称。刺激刺激RPRP阈电位阈电位激活快激活快NaNa+通道通道NaNa+再生式内流再生式内流NaNa+平衡电位平衡电位depolorization(depolorizatio
5、n(去极化去极化)过程：过程：去极化过程又称去极化过程又称0 0期。在适宜的外来刺激作用下，心室肌期。在适宜的外来刺激作用下，心室肌细胞发生兴奋，膜内电位由静息时的细胞发生兴奋，膜内电位由静息时的-90 mV-90 mV迅速上升到迅速上升到+30+30 mVmV左右，形成动作电位的升支。左右，形成动作电位的升支。u时间短（时间短（1 12 ms2 ms）u幅度大（幅度大（120 mV120 mV）u速度快（速度快（V Vmaxmax可达可达200200300 V/s300 V/s）决定心室肌细胞决定心室肌细胞0 0期去极化的期去极化的NaNa+通道特点：通道特点：l快：激活开放的速度和失活关闭
6、的速度快快：激活开放的速度和失活关闭的速度快,开放时间短，约开放时间短，约1 ms1 ms；l阈电位水平：阈电位水平：70mV70mV；l河豚毒（河豚毒（tetrodotoxin,TTXtetrodotoxin,TTX）可阻断）可阻断。（2 2）复极化过程：）复极化过程：1 1期：快速复极初期，占时约期：快速复极初期，占时约10 ms,10 ms,常把这部常把这部分称为分称为锋电位锋电位。主要原因主要原因:瞬时外向瞬时外向电流（电流（transient transient outward current,outward current,I Itoto）引起。）引起。lI Itoto通道在去极化
7、到通道在去极化到 -30-30 mVmV时被激活时被激活l开放开放510 ms510 mslK K+是是I Itoto的主要离子成分。的主要离子成分。（2 2）复极化过程：）复极化过程：2 2期期：平台期，持续约：平台期，持续约100150 ms，是心，是心室肌细胞动作电位区别于骨骼肌和神经细胞动室肌细胞动作电位区别于骨骼肌和神经细胞动作电位的主要特征。作电位的主要特征。初期：相对平衡状态，初期：相对平衡状态，随后：内向逐弱，外向渐强随后：内向逐弱，外向渐强结果：出现结果：出现随时间推移而逐随时间推移而逐渐增强的、微弱的外渐增强的、微弱的外向电流向电流（2）复极化过程）复极化过程 2期期（平台
8、期）（平台期）l 内向离子流主要由内向离子流主要由Ca2+（少量（少量Na+）负载）负载：I Ca2+L l 慢；慢；l 阈电位：阈电位：40mV；l 阻断剂：阻断剂：Mn2+、多种钙通道阻断剂（如维拉帕米）、多种钙通道阻断剂（如维拉帕米）l外向离子流主要外向离子流主要是由是由K+负载负载：I K 和和 I K13 3期：快速复极晚期期：快速复极晚期快速复极化至快速复极化至RPRP水平水平慢慢Ca2+通道通道失失 活活IK 通道通道通透性增加通透性增加K+外流外流动作电位时程动作电位时程:从从0期去极化到期去极化到3期复极化完毕的这段时间期复极化完毕的这段时间.心室肌细胞的动作电位时程为心室肌
9、细胞的动作电位时程为200-300ms.（2）动作电位）动作电位 4期期（静息期（静息期 恢复膜内外的离子分布）恢复膜内外的离子分布）lNa+-K+泵：泵：1分子分子ATP，转运，转运3个个Na+，2个个K+；lNa+-Ca2+交换体交换体:是存在于心肌细胞膜上的一种双是存在于心肌细胞膜上的一种双向转运蛋白，其向转运蛋白，其Na+:Ca2+转运比为转运比为3:1。(二二)自律细胞的跨膜电位及其形成机制自律细胞的跨膜电位及其形成机制 l自律细胞与非自律细胞跨膜电位的最大区别在自律细胞与非自律细胞跨膜电位的最大区别在4期；期；l4期自动去极化期自动去极化是自律细胞产生自动节律性兴奋的基是自律细胞产
10、生自动节律性兴奋的基础；础；l不同类型的自律细胞不同类型的自律细胞4期自动去极化的速度和机制不期自动去极化的速度和机制不完全相同。完全相同。1窦房结窦房结P(pacemaker)细胞细胞 l慢反应自律细胞慢反应自律细胞 l最大复极电位：最大复极电位：-70mV-70mVl阈电位：阈电位：-40mV-40mVl0 0期幅度小（期幅度小（70mV70mV）、速度慢（、速度慢（10V/s10V/s）、时程长（时程长（7ms7ms）心室肌细胞（心室肌细胞（A)A)与窦房结细胞与窦房结细胞(B)(B)跨膜电位的比较跨膜电位的比较 l0期：期：L型钙通道（型钙通道（ICa-L）开放，钙离子内流；）开放，钙
11、离子内流；窦房结细胞跨膜电位形成机制：窦房结细胞跨膜电位形成机制：u 外向电流：外向电流：IK进行性衰减，为主要原因；进行性衰减，为主要原因；l3期：钙通道失活，期：钙通道失活，K外流，外流，IK；l4期：自动去极化期：自动去极化(去极化速度最快去极化速度最快-自律性最高自律性最高)l无明显的无明显的1期和期和2期期.u 内向电流：内向电流：If T型钙流型钙流 2 2浦肯野细胞浦肯野细胞 l快反应自律细胞快反应自律细胞 lMaximal repolarization potention(Maximal repolarization potention(最大最大复极电位复极电位)：-90mV-
12、90mVl阈电位：阈电位：-70mV-70mVl0 0期幅度大（期幅度大（120mV120mV）、速度快（、速度快（200 200 1000V/s1000V/s）、时程短（、时程短（12ms12ms）l动作电位分期：动作电位分期：0 0期、期、1 1期、期、2 2期、期、3 3期和期和4 4期期l4 4期自动去极化速度：期自动去极化速度：0.02V/s0.02V/s I IK K （延迟整流电流）（延迟整流电流）l慢；慢；lK K负载为主负载为主 l去极化至去极化至-40mV-40mV开始激活开始激活l3 3期复极至期复极至-50mV-50mV开始关闭开始关闭l电流的衰减在浦肯野细胞电流的衰减
13、在浦肯野细胞自动去极化过程所起的作自动去极化过程所起的作用不大用不大 I If f（起搏电流）（起搏电流）l慢；慢；lNaNa负载为主负载为主 l3 3期复极至期复极至60mV60mV开始激活开始激活l时间依从性增强时间依从性增强l100mV 100mV 最大开放最大开放l阻断剂：阻断剂：CsCs2+2+lIf电流的增强是浦肯野细胞电流的增强是浦肯野细胞自动去极化过程的主要原因自动去极化过程的主要原因浦肯野细胞自动去极化机制浦肯野细胞自动去极化机制二二.心肌的生理特性心肌的生理特性 传导性：传导电活动传导性：传导电活动收缩性：机械收缩活动收缩性：机械收缩活动兴奋性：产生动作电位兴奋性：产生动作
14、电位自律性：自动去极产生动作电位自律性：自动去极产生动作电位电生理特性电生理特性概概 念：心肌细胞在受到刺激时产生兴奋的能力念：心肌细胞在受到刺激时产生兴奋的能力衡量指标：刺激阈值衡量指标：刺激阈值（一）兴奋性（一）兴奋性1.1.兴奋性的周期性变化兴奋性的周期性变化 心肌细胞每发生一次兴奋心肌细胞每发生一次兴奋,其其膜电位膜电位会发生一系列会发生一系列有规律的变化有规律的变化,其其膜通道膜通道存在备用状态、激活、失活和存在备用状态、激活、失活和复活过程；同时心肌细胞的复活过程；同时心肌细胞的兴奋性兴奋性也随之发生相应的也随之发生相应的周期性改变周期性改变,使心肌细胞在不同时期内对重复刺激表现使
15、心肌细胞在不同时期内对重复刺激表现出不同的反应能力或特性。出不同的反应能力或特性。兴奋性的周期性变化兴奋性的周期性变化 （1 1）有效不应期：）有效不应期：绝对不应期：绝对不应期：0 0期期3 3期期-55mV-55mV 局部反应期：局部反应期：3 3期期-55-55-60mV-60mV（2 2）相对不应期：）相对不应期：3 3期期-60mV-60mV-80mV-80mV（3 3）超常期：）超常期：3 3期期-80mV-80mV-90mV-90mVlocal response periodrelative refractory periodsupranormal period有效不应期有效不应
16、期 ERPERP绝对不应期绝对不应期局部反应期局部反应期相对不应期相对不应期RRPRRP超常期超常期SNPSNP对应位置对应位置去极去极复极复极-55mV55mV-55mV-60mV-55mV-60mV-60mV-80mV-60mV-80mV-80mV-90mV-80mV-90mV机机 制制NaNa+通道处于通道处于完全失活状态完全失活状态NaNa+通道通道刚开始复活刚开始复活 NaNa+通道通道大部分复活大部分复活 NaNa+通道基本恢通道基本恢复到备用状态，复到备用状态，距离阈电位近距离阈电位近 新新APAP产产生情况生情况不能产生不能产生不能产生，但不能产生，但给强刺激可以给强刺激可以产
17、生局部反应产生局部反应较强刺激可以较强刺激可以产生产生0 0期幅度、期幅度、传导、时程等传导、时程等较正常小的较正常小的APAP 较小刺激可以较小刺激可以产生产生0 0期幅度、期幅度、传导、时程等传导、时程等较正常小的较正常小的APAP 兴奋性兴奋性0 00 0低于正常低于正常高于正常高于正常心室肌细胞兴奋性的周期性变化心室肌细胞兴奋性的周期性变化2.2.影响心肌细胞兴奋性的因素影响心肌细胞兴奋性的因素 ：（1)1)静息电位静息电位/最大复极电位水平：最大复极电位水平：绝对值绝对值兴奋性兴奋性 引起兴奋所需引起兴奋所需的刺激阈值的刺激阈值距阈电位的差距距阈电位的差距绝对值绝对值兴奋性兴奋性 引
18、起兴奋所需引起兴奋所需的刺激阈值的刺激阈值距阈电位的差距距阈电位的差距绝对值绝对值兴奋性兴奋性 引起兴奋所需引起兴奋所需的刺激阈值的刺激阈值距阈电位的差距距阈电位的差距部分钠通道失活部分钠通道失活 阈电位上移阈电位上移（2 2）阈电位水平：）阈电位水平：奎尼丁可抑制钠通道的激活，使阈电位上移，兴奋性下降。奎尼丁可抑制钠通道的激活，使阈电位上移，兴奋性下降。（3 3）引起）引起0 0期去极化的离子通道性状期去极化的离子通道性状 l通道的三种功能状态：通道的三种功能状态：备用、激活、失活；备用、激活、失活；l通道处在正常备用状态是细胞具有兴奋性的前提；通道处在正常备用状态是细胞具有兴奋性的前提；l
19、通道处于何种状态是电压依从性和时间依从性的。通道处于何种状态是电压依从性和时间依从性的。NaNa+通道的三种状态通道的三种状态3.3.兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系骨骼肌骨骼肌收缩期和舒张早期收缩期和舒张早期舒张晚期舒张晚期心肌不会发心肌不会发生兴奋收缩生兴奋收缩心肌可以心肌可以兴奋收缩兴奋收缩第二次收缩不会与第二次收缩不会与第一次收缩叠加第一次收缩叠加第二次收缩能够与第二次收缩能够与第一次收缩叠加第一次收缩叠加心心肌肌不不会会发发生生完完全全强强直直收收缩缩期前兴奋和期前收缩期前兴奋和期前收缩:在心室肌的有效不应期后在心室肌的有效不应期后,下一次窦房结兴
20、奋到达前下一次窦房结兴奋到达前,心室受到一次外来刺激心室受到一次外来刺激,可提前产生一次兴奋和收缩可提前产生一次兴奋和收缩.代偿性间歇代偿性间歇:在一次期前收缩之后往往会出现一段较长的心室舒张期在一次期前收缩之后往往会出现一段较长的心室舒张期.（二）传导性（二）传导性概概 念：心肌细胞具有传导兴奋的能力或特性。念：心肌细胞具有传导兴奋的能力或特性。衡量指标：兴奋的传播速度衡量指标：兴奋的传播速度 (1)(1)传导原理：局部电流。传导原理：局部电流。兴奋在心肌细胞膜上的传导兴奋在心肌细胞膜上的传导1.1.心脏内兴奋传播的途径和特点心脏内兴奋传播的途径和特点 窦窦 房房 结结 结间束结间束 房间束
21、房间束（优势传导通路）（优势传导通路）房室交界房室交界 心房肌心房肌 房室束房室束 左左、右束支右束支 浦肯野纤维浦肯野纤维 心室肌心室肌(2)(2)传导途径传导途径-特殊传导系统特殊传导系统浦氏纤维浦氏纤维(4m/s)(4m/s)束支束支(2m/s)(2m/s)心室肌心室肌(1m/s)(1m/s)心房肌心房肌(0.4m/s)(0.4m/s)结区结区(0.02m/s)(0.02m/s)传导时间传导时间 心房内心房内-房室交界房室交界-心室内心室内(0.06s)(0.1s)(0.06s)(0.06s)(0.1s)(0.06s)兴兴奋奋在在心心脏脏各各部部分分的的传传导导速速度度不不同同l兴奋传播
22、的时空有序性；兴奋传播的时空有序性；l不同部位兴奋传导速度的差异；不同部位兴奋传导速度的差异；l房房-室延搁室延搁 浦肯野纤维最快浦肯野纤维最快同步收缩，利于射血同步收缩，利于射血;房室交界最慢房室交界最慢房室延搁房室延搁0.13s0.13s利房排空、室充盈利房排空、室充盈;房室交界是传导必经之路，易出现传导阻滞。房室交界是传导必经之路，易出现传导阻滞。2.2.影响传导性的因素影响传导性的因素 影影响响传传导导性性的的因因素素结构结构因素因素 生理生理因素因素 细胞的细胞的直径直径 细胞间缝隙细胞间缝隙连接的数量连接的数量和功能状态和功能状态 0 0期去极化的速度和幅度期去极化的速度和幅度 邻
23、近未兴奋部位膜的兴奋性邻近未兴奋部位膜的兴奋性 小直径小直径细胞细胞 窦房结细胞窦房结细胞 大直径大直径细胞细胞 房室交界区细胞房室交界区细胞 心房肌细胞心房肌细胞心室肌细胞心室肌细胞浦肯野细胞浦肯野细胞 (三三)自动节律性自动节律性思考:心脏离体后为什么还能有节律地跳动?概概 念：心肌在无外来刺激条件下自动产生节律性兴奋的能念：心肌在无外来刺激条件下自动产生节律性兴奋的能力或特性。力或特性。衡量指标：频率和规整性衡量指标：频率和规整性 1 1心脏自律性的来源心脏的起搏点心脏自律性的来源心脏的起搏点 主导整个心脏兴奋和跳动的主导整个心脏兴奋和跳动的正常部位，称为正常起搏点正常部位，称为正常起搏
24、点正常不表正常不表现其自律现其自律性，称为性，称为潜在起搏潜在起搏点点自律性表现出来，自律性表现出来，控制心肌的兴奋跳控制心肌的兴奋跳动，称为异位起搏动，称为异位起搏点点某些情某些情况下况下(二二)自动节律性自动节律性抢先占领抢先占领:潜在起搏点在潜在起搏点在4 4期自动去极化尚未达到阈电位水平之前期自动去极化尚未达到阈电位水平之前,已已经受到来自窦房结的激动作用而产生动作电位经受到来自窦房结的激动作用而产生动作电位,使其自身的自使其自身的自律性不能表现出来律性不能表现出来.超速驱动压抑超速驱动压抑:当自律细胞在受到高于其固有频率的刺激时当自律细胞在受到高于其固有频率的刺激时,就按外加就按外加
25、刺激的频率发生兴奋刺激的频率发生兴奋(超速驱动超速驱动).).当外来的超速驱动刺激停止当外来的超速驱动刺激停止后后,自律细胞不能立即呈现其固有的自律性活动自律细胞不能立即呈现其固有的自律性活动,需经一段静需经一段静止期后才逐渐恢复其自律性止期后才逐渐恢复其自律性.超速驱动压抑的程度与两个起搏点自动兴奋频率的差值呈超速驱动压抑的程度与两个起搏点自动兴奋频率的差值呈平行关系平行关系,频率差值越大频率差值越大,压抑效应越强压抑效应越强.超速驱动压抑超速驱动压抑3 3影响自律性的因素影响自律性的因素 （1 1）4 4期自动去极化速度；期自动去极化速度；（2 2）最大复极电位水平；）最大复极电位水平；（
26、3 3）阈电位水平。）阈电位水平。A A：起搏电位斜率由：起搏电位斜率由a a减减小到小到b b时，自律性降低时，自律性降低 B B：最大复极电位水平由：最大复极电位水平由a a达到达到d d，或阈电位由，或阈电位由TP-1TP-1升到升到TP-2TP-2时，自时，自律性均降低律性均降低TPTP：阈电位：阈电位(四四)收缩性收缩性(1)(1)同步收缩同步收缩(“(“全或无全或无”式收缩式收缩)由于缝隙连接的存在，兴奋可在心肌细胞由于缝隙连接的存在，兴奋可在心肌细胞间迅速直接传播，使心房或心室的所有心肌细间迅速直接传播，使心房或心室的所有心肌细胞几乎同步发生收缩，整个心房或整个心室构胞几乎同步发
27、生收缩，整个心房或整个心室构成一个功能性合胞体。成一个功能性合胞体。1.1.心肌收缩的特点：心肌收缩的特点：心肌兴奋后有效不应期特别长，相当于整个心肌心肌兴奋后有效不应期特别长，相当于整个心肌细胞的收缩期和舒张早期，因此心肌不可能在收缩细胞的收缩期和舒张早期，因此心肌不可能在收缩期内再接受刺激产生兴奋和收缩，即心肌不会发生期内再接受刺激产生兴奋和收缩，即心肌不会发生完全强直收缩。完全强直收缩。心肌细胞的兴奋心肌细胞的兴奋-收缩耦联过程高度依赖于细收缩耦联过程高度依赖于细胞外胞外CaCa2+2+(钙触发钙释放钙触发钙释放)2.影响心肌收缩的因素：影响心肌收缩的因素：前、后负荷和心肌收缩能力以及细
28、胞外前、后负荷和心肌收缩能力以及细胞外浓度浓度3.心肌收缩与心力衰竭心肌收缩与心力衰竭l概念：心脏各部分兴奋过程中出现的生物电活动通过心脏概念：心脏各部分兴奋过程中出现的生物电活动通过心脏周围的导电组织和体液，传导到身体表面。将测量电极放周围的导电组织和体液，传导到身体表面。将测量电极放置在人体表面的一定部位记录出来的心脏电变化曲线，称置在人体表面的一定部位记录出来的心脏电变化曲线，称为心电图（为心电图（electrocardiogram,ECGelectrocardiogram,ECG）。）。l意义：这些心电变化曲线反映意义：这些心电变化曲线反映心脏兴奋的产生、传导和恢复过心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的程中的生物电变化生物电变化，而与心脏的，而与心脏的机械收缩活动无直接关系。机械收缩活动无直接关系。三、体表心电图三、体表心电图 正常心电图各波和间期的意义正常心电图各波和间期的意义 PQRSTUPR间期间期PR段段QT间期间期ST段段
