1、第四章第四章 血液循血液循环环blood circulation生理学与神经生物学教研室生理学与神经生物学教研室 李东亮李东亮第二节第二节 心脏生物电活动和生理特性心脏生物电活动和生理特性 心心肌肌细细胞胞跨跨膜膜电电位位心肌细胞的类型心肌细胞的类型1.根据结构和功能分类根据结构和功能分类工作细胞工作细胞：有兴奋性，传导性和收缩性，无自律性，有兴奋性，传导性和收缩性，无自律性，如如心房肌和心室肌心房肌和心室肌自律细胞（自律细胞（构成心脏特殊传导系统的细胞）构成心脏特殊传导系统的细胞）：有兴奋有兴奋性，传导性和自律性，无收缩性，如性，传导性和自律性，无收缩性，如窦房结细胞和窦房结细胞和浦肯野细胞
2、，（结区细胞无自律性）浦肯野细胞，（结区细胞无自律性）2.2.根据电生理特性分类根据电生理特性分类自律细胞：蒲肯野细胞自律细胞：蒲肯野细胞自律细胞：窦房结细胞、房结区、自律细胞：窦房结细胞、房结区、结希区细胞结希区细胞非自律细胞：结区细胞非自律细胞：结区细胞按按0 0期去极化速度期去极化速度慢反应细胞慢反应细胞快反应细胞快反应细胞非自律细胞：心房肌、心室肌细胞非自律细胞：心房肌、心室肌细胞一、心肌细胞的跨膜电位及其形成机制一、心肌细胞的跨膜电位及其形成机制静息电位静息电位(resting potential,RP)动作电位动作电位(action potential,AP)（一）工作心肌细胞的的
3、跨膜电（一）工作心肌细胞的的跨膜电位及其形成机制位及其形成机制 (1)(1)幅度：幅度：-80-80-90mV-90mV (2)(2)机制：机制：a.a.内向整流钾通道内向整流钾通道(inward rectifier K+(inward rectifier K+channel)Ik1channel)Ik1通道通道(非门控性通道，但受膜电位的影响）非门控性通道，但受膜电位的影响）b.b.钠背景电流钠背景电流(Na+background current)(Na+background current)c.c.泵电流泵电流(pump current)(pump current)(3)(3)结果：接近结
4、果：接近EK，但比，但比EK略小略小 1.1.心室肌细胞心室肌细胞RPRP的形成机制的形成机制 2.2.心室肌细胞心室肌细胞APAP 的形成机制：的形成机制：0 0期期0期期12ms，120mV，Vmax200400V/sINa(快通道）快通道）-70mV激活，激活，0mV开始失活。开始失活。心肌对心肌对TTX的敏感性是的敏感性是N/M的的1/100快快NaNa+通道失活通道失活+激活（激活（-30mV-30mV）I Itoto通道通道一过性外向电流流（一过性外向电流流（K K+）1 1期（快速复极初期）期（快速复极初期）理早早早早早早理早早早早早早去极达去极达-40mV-40mV时时已激活慢
5、已激活慢CaCa2+2+通道通道+I Ik k 通道激活通道激活CaCa2+2+缓慢内流与缓慢内流与K K+外流处于平衡状态外流处于平衡状态 2 2期（平台期）期（平台期）慢慢CaCa2+2+通道通道：激活与失活比：激活与失活比NaNa+通道慢，特异性不高，阻通道慢，特异性不高，阻断剂：断剂：MnMn2+2+和和多种多种CaCa2+2+阻断剂阻断剂早期二者负载的跨膜电荷基本平衡，相互抵消，早期二者负载的跨膜电荷基本平衡，相互抵消，随后随后L L型型CaCa2 2通道失活，通道失活，k 增强，并逐渐延增强，并逐渐延续为续为3 3期是心肌动作电位的主要特点期是心肌动作电位的主要特点慢慢CaCa2+
6、2+通道失活通道失活+I Ik k 通道通透性增加通道通透性增加K K+再生式外流再生式外流快速复极化快速复极化至至RPRP水平水平3 3期（快速复极末期）期（快速复极末期）因膜内因膜内NaNa+和和CaCa2+2+升高升高,而膜外而膜外KK+升高升高 激活离子泵激活离子泵 排出排出NaNa+和和CaCa2+2+,泵入泵入K K+恢复正常离子分布。恢复正常离子分布。4 4期（静息期）期（静息期）小结：心室肌小结：心室肌RPRP和和APAP的形成机制的形成机制工作细胞工作细胞自律细胞自律细胞工作细胞和自律细胞跨膜电位工作细胞和自律细胞跨膜电位(二二)窦房结细胞窦房结细胞(慢反应自律细胞慢反应自律
7、细胞)的的RPRP和和APAP的形成机制的形成机制 0 0期：当期：当4 4期自动去极期自动去极化达到阈电位化达到阈电位激活激活L L型型CaCa2+2+通道（慢钙通道）通道（慢钙通道）Ca Ca2+2+内流内流(I ICaCa-L-L)00期去极化。期去极化。0 0期期慢反应动作电位慢反应动作电位慢反应细胞慢反应细胞 3 3期：慢钙通道期：慢钙通道(I ICaCa-L-L型型)逐渐失活逐渐失活 +激活激活钾通道（钾通道（I IK K）CaCa2+2+内流内流+K K+外流的逐外流的逐渐增加渐增加3 3期膜电位期膜电位逐渐复极化。逐渐复极化。4 4期：期：K K+递减性外递减性外流流(I(IK
8、 K)+NaNa+递增递增性内流（性内流（I If f）+CaCa2+2+内流（内流（I ICaCa-T-T型型钙通道激活）钙通道激活）缓慢自动去极化缓慢自动去极化小结：慢反应自律细胞的电位形成机制小结：慢反应自律细胞的电位形成机制复极化至复极化至-60mV-60mV时时I If f 通道递增性激活通道递增性激活3 3期末期末I Ik k通道通道去激活关闭去激活关闭自动去极后自动去极后1/31/3期期CaCa2+2+通道（通道（T T型）开放型）开放K K+递减性外流递减性外流NaNa+递增性内流递增性内流CaCa2+2+内流内流自自 动动 去去 极极 达达 阈阈 电电 位（位（-40mV-4
9、0mV）慢慢 CaCa2+2+通通 道（道（L L型）开型）开 放放CaCa2+2+内内 流流 产产 生生 AP AP 的的 0 0 期期(三三)浦肯野细胞浦肯野细胞(快反应自律细胞快反应自律细胞)的电位的电位1.1.机制：机制：0 0、1 1、2 2、3 3期：期：与心室肌细胞基本相似。与心室肌细胞基本相似。4 4期：递增性期：递增性NaNa+为主的内向离子流为主的内向离子流(I If f)+递减性外递减性外向向K K+电流电流所引起的自动去极化所引起的自动去极化2.2.特点：特点：(1)0(1)0期去极化速快，幅度大期去极化速快，幅度大(快反应快反应)(2)4(2)4期自动去极化速度比窦房
10、结细胞的慢，期自动去极化速度比窦房结细胞的慢，故自律性低。故自律性低。小结：快反应自律细胞的电位形成机制小结：快反应自律细胞的电位形成机制断断3 3 期期 末末 K K+通通 道道的的 递递 增增 性性 失失 活活电电 位位 复复 极极 至至 -60mV-60mV 时时I If f 通通 道道 的的 递递 增增 性性 激激 活活 K K+递递 减减 性性 外外 流流NaNa+递递 增增 性性 内内 流流自自 动动 去去 极极 达达 阈阈 电电 位位快快 N N+通通 道道 开开 放放NaNa+再再 生生 式式 内内 流流去去 极极 化化产产 生生 AP AP 的的 0 0 期期膜去极化达膜去极
11、化达50mV50mV时自动关闭终止时自动关闭终止 快反应自律细胞快反应自律细胞:0 0期期去极速率快，去极速率快，4 4期有自动期有自动去极化。去极化。快反应非自律细胞快反应非自律细胞:0 0期去极速率快，期去极速率快，4 4期无自期无自动去极化。动去极化。慢反应自律细胞慢反应自律细胞:O O期期去极速率慢去极速率慢,4,4期有自动期有自动去极化。去极化。钾通道钾通道I Itoto 一过性一过性K K外流，去极化达外流，去极化达-30mV-30mV时开放，开时开放，开放放5-10ms5-10ms关闭，参与快反应细胞关闭，参与快反应细胞1 1期复极化，阻期复极化，阻断剂断剂4 4氨基吡啶氨基吡啶
12、内向整流钾通道内向整流钾通道:I:IK1K1 参与快反应细胞静息电位参与快反应细胞静息电位及及3 3期复极化，阻断剂期复极化，阻断剂BaBa2 2、CsCs延迟整流钾通道延迟整流钾通道I IK K 去极化去极化-40mV-40mV开放，阻断剂开放，阻断剂BaBa2 2，参与快反应细胞，参与快反应细胞2 2、3 3期复极化，自律细期复极化，自律细胞胞4 4期自动去极化期自动去极化心肌细胞膜的离子通道心肌细胞膜的离子通道钙通道钙通道L L型钙通道型钙通道:慢通道，阈电位慢通道，阈电位-40mV-40mV，参与快反应，参与快反应细胞平台期、慢反应自律细胞细胞平台期、慢反应自律细胞0 0期去极化，阻断
13、剂期去极化，阻断剂MnMn2 2、维拉帕米、维拉帕米T T型钙通道型钙通道:瞬时钙通道，去极化达瞬时钙通道，去极化达-50mV-50mV激活，激活，阻断剂阻断剂NiNi2 2，参与慢反应自律细胞，参与慢反应自律细胞4 4期自动去极化期自动去极化钠通道钠通道INaINa 快通道快通道 阈电位阈电位-70mV-70mV，失活电位，失活电位0mV0mV ，参与快反应细胞参与快反应细胞0 0期去极化，阻断剂河豚毒期去极化，阻断剂河豚毒(TTX)(TTX)I If f Na Na+为主的电流为主的电流,复极化达复极化达60mV60mV激活，逐激活，逐渐增强至渐增强至100mV100mV最大，阻断剂最大，
14、阻断剂CsCs，参与自，参与自律细胞律细胞4 4期自动去极化期自动去极化电生理特性电生理特性兴奋性兴奋性 excitability传导性传导性 conductivity自律性自律性 autorhythmicity二、心肌细胞的生理特性二、心肌细胞的生理特性 （一）兴奋性（一）兴奋性 ExcitabilityExcitability1.1.影响兴奋性因素影响兴奋性因素 Factors Affecting Excitability静息电位或最大复极电位水平静息电位或最大复极电位水平RPRP距阈电位近距阈电位近需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性RPRP距阈电位远距阈电位远需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋
15、性 （一）兴奋性（一）兴奋性 ExcitabilityExcitability1.1.影响兴奋性因素影响兴奋性因素 Factors Affecting Excitability静息电位水平静息电位水平RPRP距阈电位近距阈电位近需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性RPRP距阈电位远距阈电位远需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性阈电位水平阈电位水平上移上移RPRP距阈电位远距阈电位远需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性下移下移RPRP距阈电位近距阈电位近需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性 （一）兴奋性（一）兴奋性 ExcitabilityExcitability1.1.影响兴奋性因素影响兴奋性因素 Facto
16、rs Affecting Excitability静息电位水平静息电位水平RPRP距阈电位近距阈电位近需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性RPRP距阈电位远距阈电位远需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性阈电位水平阈电位水平上移上移RPRP距阈电位远距阈电位远需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性下移下移RPRP距阈电位近距阈电位近需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性 引起引起0 0期去极化的离子通道的状态期去极化的离子通道的状态 快快NaNa+通道通道有激活、失活、和静息三种状态有激活、失活、和静息三种状态。这些通道处于那一种状态，取决于当时的膜电位这些通道处于那一种状态，取决于当时的膜电位水平和有关的时间进程
17、水平和有关的时间进程.静息（备用）静息（备用）（关）（关）激活激活（开）（开）失活失活（关）（关）复活复活复活：通道从失活状态恢复到静息状态的过程复活：通道从失活状态恢复到静息状态的过程 周期变化周期变化 对应位置对应位置 机机 制制 (Na+通道通道)新新AP产生能力产生能力 有效不应期有效不应期 去极去极复极复极-60mV 绝对不应期绝对不应期 -55mV 完全失活状态完全失活状态 不能产生不能产生 局部反应期局部反应期 -60mV 刚开始复活刚开始复活 相对不应期相对不应期 能产生能产生(但但0期期 -80mV 大部复活大部复活 幅度、传导、时程幅度、传导、时程 超超 常常 期期 等较正
18、常小等较正常小)-90mV 基本恢复备用状态基本恢复备用状态 同相对不应期同相对不应期 2.兴奋性的周期性变化兴奋性的周期性变化局部反应期局部反应期不发生强直收缩不发生强直收缩期前收缩与代偿间歇期前收缩与代偿间歇3.兴奋性周期性变化与收缩的关系兴奋性周期性变化与收缩的关系 期前收缩期前收缩 premature systolepremature systole：在心室肌的有效不应期在心室肌的有效不应期之后，下一次窦房结兴奋到达之前，心室受到一次外来刺之后，下一次窦房结兴奋到达之前，心室受到一次外来刺激，产生一次提前的收缩，称作期前收缩。激，产生一次提前的收缩，称作期前收缩。代偿间歇代偿间歇 co
19、mpensatory pausecompensatory pause：在一次期前收缩之后往在一次期前收缩之后往往会出现一段比较长的心室舒张期，称为代偿性间歇。往会出现一段比较长的心室舒张期，称为代偿性间歇。在实验中观察在实验中观察期前收缩与代偿间歇的模拟图期前收缩与代偿间歇的模拟图落在不同时期的刺激对心落在不同时期的刺激对心脏收缩的影响脏收缩的影响心肌细胞有效不应期特别长心肌细胞有效不应期特别长(平均平均250ms)，一直延，一直延续到心肌细胞的舒张期开始之后，不会象骨骼肌那续到心肌细胞的舒张期开始之后，不会象骨骼肌那样发生强直收缩，而样发生强直收缩，而始终作收缩和舒张的始终作收缩和舒张的交替
20、活动，从而保证交替活动，从而保证了心脏的泵血功能。了心脏的泵血功能。心肌细胞有效不应期长的临床意义心肌细胞有效不应期长的临床意义 （二）自动节律性（二）自动节律性 AutorhythmicityAutorhythmicity 概念：概念：是指心肌组织能够是指心肌组织能够在没有外来刺激的情况下，在没有外来刺激的情况下，仍能自动地产生节律性兴奋仍能自动地产生节律性兴奋的特性。的特性。起源：起源：心内特殊传导系统心内特殊传导系统（房室结的结区除外）（房室结的结区除外）1 1.心脏的起博点心脏的起博点 正常起搏点：窦房结正常起搏点：窦房结潜在起搏点：房室束等传导系统潜在起搏点：房室束等传导系统异位起博
21、点：异位起博点：窦性心律：窦性心律：异位心律：异位心律：窦房结对潜在起搏点的控制窦房结对潜在起搏点的控制:抢先占领抢先占领窦房结对潜在起搏点的控制窦房结对潜在起搏点的控制:高于固有频率的刺激时，自律细胞就按外加刺激的频率发生兴奋，高于固有频率的刺激时，自律细胞就按外加刺激的频率发生兴奋，称为超速驱动。外加刺激停止后，自律细胞需经一段静止期后才逐称为超速驱动。外加刺激停止后，自律细胞需经一段静止期后才逐渐恢复期自律性，这种现象称为超速驱动压抑。渐恢复期自律性，这种现象称为超速驱动压抑。4 4期自动去极化速度期自动去极化速度 2.2.影响自律性的因素影响自律性的因素threshold potent
22、ialab最大复极电位水平最大复极电位水平 threshold potentialbathreshold potentialab阈电位水平阈电位水平 （三）传导性（三）传导性（ConductivityConductivity）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(1)(1)传导途径传导途径窦房节窦房节结间束结间束 房间束房间束（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、右束支左、右束支浦肯野纤维浦肯野纤维心室肌心室肌0 01 12 23 34 4传导速度传导速度(m/s)(m/s)心房肌心房肌优势传导通路优势传导通路结区结区房室束房室束心
23、室肌心室肌左右束支左右束支浦肯野纤维浦肯野纤维0.40.41.31.31.51.50.023 34 41 1最慢最慢心脏内兴奋传播的特点心脏内兴奋传播的特点：有快有慢：有快有慢 1.1.房室交界传导最慢房室交界传导最慢(房室延搁房室延搁)需时需时0.13s0.13s。意义：保证心房和心室顺序活动和心室的足够充盈意义：保证心房和心室顺序活动和心室的足够充盈2.2.心室内传导快，同步收缩，利于射血。心室内传导快，同步收缩，利于射血。2.2.影响传导的因素影响传导的因素结构因素结构因素细胞直径细胞直径细胞缝隙连接细胞缝隙连接生理因素生理因素v 膜反应曲线0 0期去极化的速度和幅度期去极化的速度和幅度
24、邻近部位膜的兴奋性邻近部位膜的兴奋性一、心肌收缩的特点 1.1.对细胞外对细胞外CaCa2 2的的依赖性依赖性钙触发钙释放：由少量钙触发钙释放：由少量CaCa2 2内流引起细胞内流引起细胞内钙库释放大量内钙库释放大量CaCa2+2+的过程。的过程。vCaCa2+2+o oCaCa2+2+内流内流肌缩力肌缩力vCaCa2+2+o oCaCa2+2+内流内流肌缩力肌缩力vCaCa2+2+o o=0 Ca=0 Ca2+2+内流无内流无兴奋收缩脱耦联兴奋收缩脱耦联v在离体蛙心灌流实验中，当在离体蛙心灌流实验中，当CaCa2+2+oo过高时过高时 钙僵钙僵2.“2.“全或无全或无”式收缩式收缩 心肌细胞
25、之间存在缝隙连接，兴奋可在细心肌细胞之间存在缝隙连接，兴奋可在细胞间迅速传播，使所有心肌细胞几乎同步胞间迅速传播，使所有心肌细胞几乎同步发生收缩。发生收缩。3.3.不发生强直收缩：不发生强直收缩：心肌细胞的有效不应期特别长。心肌细胞的有效不应期特别长。三、体表心电图三、体表心电图 Electrocardiogram ECG：将引导电极置于身体一定部位，记录整个：将引导电极置于身体一定部位，记录整个心动周期中心电变化（细胞的综合电变化）心动周期中心电变化（细胞的综合电变化）的波形图。的波形图。正常心电图的波形及临床意义正常心电图的波形及临床意义1.P1.P波：左右两心房的去极化波：左右两心房的去
26、极化2.QRS2.QRS波群：左右两心室去极化波群：左右两心室去极化3.T3.T波：是心室复极化波：是心室复极化4.QT4.QT间期：心室去极至复极间期：心室去极至复极5.ST5.ST段：心室肌细胞平台期段：心室肌细胞平台期6.PR6.PR间期：兴奋由心房传到心间期：兴奋由心房传到心室室动作电位 心电图 细胞内 细胞外 单个细胞 整个心脏的心肌细胞 细胞膜内外电位差 体表两电极间电位差 电位幅度大(可100mV)幅度小(数mV)心肌细胞的电生理特性心肌细胞的电生理特性兴奋性兴奋性excitability自律性自律性autorhythmicity传导性传导性conductivity体表心电图体表
27、心电图Electrocardiogram 小小 结结收缩性收缩性contractivity excitability 兴奋性兴奋性 autorhythmicity 自律性自律性 conductivity 传导性传导性 effective refractory period 有效不应期有效不应期 relative refractory period 相对不应期相对不应期 supranormal period 超常期超常期 premature systole 期前收缩期前收缩 compensatory pause 代偿性间歇代偿性间歇 pacemaker 起搏点起搏点 capture 抢先占领抢先
28、占领 overdrive suppression 超速驱动压抑超速驱动压抑 electrocardiagram 心电图心电图 心肌细胞的跨膜电位 Transmembrane Potentials of Myocardiac Cell返返 回回 窦房节细胞窦房节细胞 心室肌细胞心室肌细胞 自律细胞四期自动去极自律细胞四期自动去极化化返返 回回 传导原理传导原理返返 回回 0+2020406080100（mV）阈电位RPRP距阈电位远距阈电位远需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性返返 回回 0+2020406080100（mV）阈电位下移下移RPRP距阈电位近距阈电位近需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性返返 回回 相对不应期相对不应期局部反应期局部反应期相对不应期相对不应期超超 常常 期期超超 常常 期期返返 回回
