1、第第四四部分部分 心脏电生理学心脏电生理学第一章 心肌细胞电活动心肌细胞电活动反映了心肌的基本特性心肌细胞电活动反映了心肌的基本特性自动节律性、自动节律性、兴奋性、传导性。这些特性不仅反映了生命活动的基本规律，兴奋性、传导性。这些特性不仅反映了生命活动的基本规律，它们的改变也是某些心脏疾病（心肌缺血损伤、心律失常）的它们的改变也是某些心脏疾病（心肌缺血损伤、心律失常）的重要发病机理。因此心肌细胞电活动成为基础和临床医学工作重要发病机理。因此心肌细胞电活动成为基础和临床医学工作者共同关心的课题之一。本节拟以心肌细胞电活动为中心，讨者共同关心的课题之一。本节拟以心肌细胞电活动为中心，讨论心脏电生理
2、学研究的一些进展。论心脏电生理学研究的一些进展。第一节 心肌细胞电活动的研究方法及其进展从上世纪五十年代开始用细胞内微电极记录心肌细胞电活从上世纪五十年代开始用细胞内微电极记录心肌细胞电活动以来，在研究技术上的进展大致可以分为四个阶段，每个阶动以来，在研究技术上的进展大致可以分为四个阶段，每个阶段的特点如下：段的特点如下：2020世纪五十年代开始，采用尖端小于世纪五十年代开始，采用尖端小于1 1微米的玻管微电极插入心微米的玻管微电极插入心肌细胞内记录跨膜电位。采用本技术可以观察心肌细胞跨膜电位在安肌细胞内记录跨膜电位。采用本技术可以观察心肌细胞跨膜电位在安静、兴奋和起搏过程中的电位变化（静息电
3、位、动作电位和起搏电静、兴奋和起搏过程中的电位变化（静息电位、动作电位和起搏电位）。通过对不同类型的心肌细胞（窦房结、心房肌、房室结、浦肯位）。通过对不同类型的心肌细胞（窦房结、心房肌、房室结、浦肯野细胞、心室肌）电活动的观察，可以了解它们各自的生理特性并研野细胞、心室肌）电活动的观察，可以了解它们各自的生理特性并研究各种生理、病理、药理因素对它们的影响，因此受到广泛重视，成究各种生理、病理、药理因素对它们的影响，因此受到广泛重视，成为心肌电生理学的奠基石。为心肌电生理学的奠基石。心肌细胞内分为在体和离体两种记录方法心肌细胞内分为在体和离体两种记录方法:1.1.在体记录法在体记录法 优点在于能
4、观察整体条件下的心肌细胞电活动，优点在于能观察整体条件下的心肌细胞电活动，研究各种因素通过神经、体液途径对心肌的调节和影响；缺点是微电研究各种因素通过神经、体液途径对心肌的调节和影响；缺点是微电极在细胞内的稳定性较差，很难维持在一小时以上，因此限制了它的极在细胞内的稳定性较差，很难维持在一小时以上，因此限制了它的应用。应用。2.2.离体灌流记录法离体灌流记录法 稳定性佳，通常电极可以稳定在同一细胞内稳定性佳，通常电极可以稳定在同一细胞内一整天，并可任意改变灌流液成分，作为一种分析性的研究方法，为一整天，并可任意改变灌流液成分，作为一种分析性的研究方法，为国际上普遍采用。国际上普遍采用。细胞内微
5、电极记录细胞内微电极记录 1010 molmolL L-1-1 GA GA、GB GB 对豚鼠游离心室肌细胞动作电位时程的影响对豚鼠游离心室肌细胞动作电位时程的影响 图图2.2.缺血及缺血及GAGA、GBGB对缺血豚鼠心室乳头肌细胞动作电位的影响对缺血豚鼠心室乳头肌细胞动作电位的影响Fig2.Effect of ischemia and GAFig2.Effect of ischemia and GA、GB on action potential in ischemicGB on action potential in ischemicguinea pig papillary musclesg
6、uinea pig papillary muscles A:Ischemia control A:Ischemia control；B:ischemia+B:ischemia+GA；C:ischemia+C:ischemia+GBControl Ischemia Washout心肌细胞电位变化是由心肌细胞电位变化是由于一系列的离子跨膜运动引于一系列的离子跨膜运动引起的。各种因素可以通过对起的。各种因素可以通过对一种或数种离子流的影响而一种或数种离子流的影响而改变心肌细胞活动和生理特改变心肌细胞活动和生理特性。为了研究这些因素对心性。为了研究这些因素对心肌电生理的作用机理，有必肌电生理的作用机理
7、，有必要把个别单一的离子流从众要把个别单一的离子流从众多的总跨膜离子流中分离出多的总跨膜离子流中分离出来，然后加以研究，唯一的来，然后加以研究，唯一的方法就是采用电压钳制术。方法就是采用电压钳制术。可以说，目前我们对于心肌可以说，目前我们对于心肌电生理的知识，大多来自电电生理的知识，大多来自电压钳制术的研究压钳制术的研究。电压钳技术实验电压钳技术实验游离单个心室肌细胞（10201.5）三、游离单个心肌细胞电生理的研究阶段三、游离单个心肌细胞电生理的研究阶段 自上世纪七十年代末期以来，国外采用酶解和机械分离的方法，自上世纪七十年代末期以来，国外采用酶解和机械分离的方法，已分离得到形态功能正常的游
8、离单个心肌细胞，包括窦房结、房已分离得到形态功能正常的游离单个心肌细胞，包括窦房结、房室结、心室肌和浦肯野细胞。本法的特点是排除了多细胞标本中室结、心室肌和浦肯野细胞。本法的特点是排除了多细胞标本中相邻细胞之间的相互干扰或影响（例如细胞间隙缝中离子浓度的相邻细胞之间的相互干扰或影响（例如细胞间隙缝中离子浓度的改变等），避免实验伪差；另一方面还可以通过细胞内注射技术，改变等），避免实验伪差；另一方面还可以通过细胞内注射技术，改变细胞内液的成分，从细胞膜的内侧面研究其生理机能改变细胞内液的成分，从细胞膜的内侧面研究其生理机能。四、小片膜单个离子通道活动的研究阶段四、小片膜单个离子通道活动的研究阶段
9、 进入进入2020世纪八十年代以来世纪八十年代以来,国外开始将小片膜电压钳制术国外开始将小片膜电压钳制术应用于心肌电生理的研究应用于心肌电生理的研究,开创了一个新纪元。国内近开创了一个新纪元。国内近1010年来年来已开始从事这方面的研究工作，且不仅用于心肌电生理，还已开始从事这方面的研究工作，且不仅用于心肌电生理，还在药理学研究以及中药提取物的有效成分作用机理的研究中在药理学研究以及中药提取物的有效成分作用机理的研究中应用。应用。1 1 molmolL L-1-1 GA GA对豚鼠心室肌细胞对豚鼠心室肌细胞I ICa-LCa-L的的影响影响GB GB 对豚鼠心室肌细胞对豚鼠心室肌细胞I IK
10、K的影响原始记录图的影响原始记录图 GB GB 对豚鼠心室肌细胞对豚鼠心室肌细胞I IK K I-VI-V曲线的影响曲线的影响 第二节 心肌细胞电活动及其形成原理心脏主要由心肌细胞组成。根据其组织学和生理学特点，可心脏主要由心肌细胞组成。根据其组织学和生理学特点，可将心肌细胞分为两类：将心肌细胞分为两类：一类是构成心房和心室壁的普通心肌细胞，含丰富的肌原纤一类是构成心房和心室壁的普通心肌细胞，含丰富的肌原纤维，具有收缩性、兴奋性和传导性，执行收缩功能，又称为工作维，具有收缩性、兴奋性和传导性，执行收缩功能，又称为工作细胞细胞；另一类是一些特殊分化的心肌细胞，组成心脏的特殊传导系另一类是一些特殊
11、分化的心肌细胞，组成心脏的特殊传导系统如统如P P细胞和浦肯野细胞细胞和浦肯野细胞，具有兴奋性、传导性和自动产生节律性具有兴奋性、传导性和自动产生节律性兴奋的自律性兴奋的自律性，又称自律细胞又称自律细胞。特殊传导系统包括窦房结，房室交界，房室束特殊传导系统包括窦房结，房室交界，房室束（又称又称HisHis束，束，bund1e of Hisbund1e of His）和末梢浦肯野纤维网。窦房结主要含有和末梢浦肯野纤维网。窦房结主要含有P P细胞细胞（pacemaker cellspacemaker cells）和过渡细胞。和过渡细胞。P P细胞是自律细胞，位于窦房细胞是自律细胞，位于窦房结的中心
12、部分；过渡细胞位于周边部分，其作用是将结的中心部分；过渡细胞位于周边部分，其作用是将P P细胞产生的细胞产生的兴奋向外传播到心房肌。房室交界是正常情况下兴奋由心房传至兴奋向外传播到心房肌。房室交界是正常情况下兴奋由心房传至心室的惟一通路，它可分为三个功能小区，自上而下分别称为房心室的惟一通路，它可分为三个功能小区，自上而下分别称为房结区，结区和结希区，除结区无自律性外均有自律性。结区，结区和结希区，除结区无自律性外均有自律性。Figure:Conducting system of the heart.Typical transmembrane Figure:Conducting system
13、of the heart.Typical transmembrane action potentials for the SA and AV nodes,other parts of the action potentials for the SA and AV nodes,other parts of the conduction system,and the atrial and ventricular muscles are shown conduction system,and the atrial and ventricular muscles are shown along wit
14、h the correlation to the extracellu|ar|y recorded electrical along with the correlation to the extracellu|ar|y recorded electrical activity,ie,the electrocardiogram(ECG).The action potentia|s and activity,ie,the electrocardiogram(ECG).The action potentia|s and ECG are plotted on the same time axis b
15、ut with different zero points ECG are plotted on the same time axis but with different zero points on the vertical scale.LAE.left anterior fascicle.on the vertical scale.LAE.left anterior fascicle.心肌细胞跨膜电位（心肌细胞跨膜电位（transmembranetransmembrane potentia1 potentia1）产生）产生的机制与神经和骨骼肌细胞相似，都是由跨膜离子流形成的；的机制与神经
16、和骨骼肌细胞相似，都是由跨膜离子流形成的；但心肌细胞跨膜电位的产生涉及多种离子通道，故其波形和但心肌细胞跨膜电位的产生涉及多种离子通道，故其波形和离子机制较骨骼肌和神经纤维要复杂得多，不同类型心肌细离子机制较骨骼肌和神经纤维要复杂得多，不同类型心肌细胞的跨膜电位也不相同。各类心肌细胞电活动的不一致性，胞的跨膜电位也不相同。各类心肌细胞电活动的不一致性，使心脏兴奋的产生以及兴奋向整个心脏传播的过程中呈现出使心脏兴奋的产生以及兴奋向整个心脏传播的过程中呈现出特殊的规律。特殊的规律。在电生理学中，电流的方向以正离子流动的方向来命名。在电生理学中，电流的方向以正离子流动的方向来命名。凡细胞外正离子跨膜
17、向细胞内流动或细胞内负离子向细凡细胞外正离子跨膜向细胞内流动或细胞内负离子向细胞外流动，称为胞外流动，称为内向离子电流内向离子电流，它可使膜内电位向正电性转，它可使膜内电位向正电性转化，促使膜去极化（化，促使膜去极化（depo1arizationdepo1arization）；反之，凡是正离子）；反之，凡是正离子外流或负离子内流，称为外流或负离子内流，称为外向离子电流外向离子电流，引起膜发生复极化，引起膜发生复极化（repo1arizationrepo1arization）或超极化（）或超极化（hyperpo1arizationhyperpo1arization）。）。表表3-1-13-1-1
18、总结了心肌细胞主要的跨膜离子电流。总结了心肌细胞主要的跨膜离子电流。图图3.3.离子通道参与心肌动作电位形成的示意图离子通道参与心肌动作电位形成的示意图图图4.4.跨膜离子流参与静息电位和动作电位时程的关系跨膜离子流参与静息电位和动作电位时程的关系一、静息电位一、静息电位2 2静息电位的形成原理静息电位的形成原理 其形成机制与骨骼肌、神经其形成机制与骨骼肌、神经纤维静息电位的形成机制相似。正常心肌细胞膜内纤维静息电位的形成机制相似。正常心肌细胞膜内K K+浓度浓度比膜外高比膜外高3535倍，且安静状态下心肌细胞膜对倍，且安静状态下心肌细胞膜对K K+有较高的通有较高的通透性，而对其它离子的通透
19、性则很低，因此透性，而对其它离子的通透性则很低，因此K K+顺浓度梯度顺浓度梯度从膜内向膜外扩散而接近从膜内向膜外扩散而接近K K+的平衡电位，构成静息电位的的平衡电位，构成静息电位的主要成分。主要成分。心肌细胞膜上有多种心肌细胞膜上有多种K K+通道（通道（potassium ion potassium ion channe1channe1）,如如 :I IK1K1通道通道(内向整流钾内向整流钾通道通道inward rectifier)inward rectifier)I IK K通道通道(延迟整流电流通道延迟整流电流通道 de1ayed rectifierde1ayed rectifier
20、 I Itoto通道通道(通道通道 I IK-AchK-Ach(乙酰胆碱激活的乙酰胆碱激活的K K+通道通道)I IK-ATP K-ATP(ATP(ATP 激活的激活的K K+通道通道)在静息状态下，在静息状态下，工作心肌工作心肌I IK1K1通道的通透性远大于其它通道的通透性远大于其它离子通道，由此形成的离子通道，由此形成的I IKlKl电流是形成静息电位的主要离子电流是形成静息电位的主要离子流。流。(1)(1)静息的心肌细胞膜除了对静息的心肌细胞膜除了对K K+有较高的通透性外，有较高的通透性外，对对NaNa+、CaCa2+2+、ClCl-也存在一定的通透性。也存在一定的通透性。(2)(2
21、)工作心肌钠背景电流（工作心肌钠背景电流（background current Ib)background current Ib)(3)(3)膜上生电性膜上生电性NaNa+-K-K+泵的活动，也可影响静息电位，泵的活动，也可影响静息电位，决定钾离子跨膜运动的动力是处在游离状态能够自由决定钾离子跨膜运动的动力是处在游离状态能够自由活动的那一部分钾离子，也就是钾离子的活度（活动的那一部分钾离子，也就是钾离子的活度（activityactivity）活度活度=浓度浓度活度系数活度系数，而不是钾离子的浓度。细胞内，而不是钾离子的浓度。细胞内外液的化学组成不同，钾离子的活动系数也不同。外液的化学组成不同
22、，钾离子的活动系数也不同。心肌静息电位数值的大小对其生理特性的维持心肌静息电位数值的大小对其生理特性的维持正常至关重要。正常至关重要。高血钾、心肌损伤高血钾、心肌损伤细胞内钾外逸时由于细胞内外的细胞内钾外逸时由于细胞内外的K K+浓度浓度/活度差减小，静息电位负值减小，发生除极。这种活度差减小，静息电位负值减小，发生除极。这种除极的心肌由于细胞膜上的快钠通道部分失活，兴奋时除极的心肌由于细胞膜上的快钠通道部分失活，兴奋时NaNa+内流量减少减慢，除极速度减慢，动作电位幅值减小，内流量减少减慢，除极速度减慢，动作电位幅值减小，传导速度因而减慢，易于发生传导阻滞和折返激动而导传导速度因而减慢，易于
23、发生传导阻滞和折返激动而导致心律失常。另方面心肌除极时自动节律性增高，易于致心律失常。另方面心肌除极时自动节律性增高，易于形成异位起搏点，导致早搏或快速型心律失常。形成异位起搏点，导致早搏或快速型心律失常。洋地黄类药物洋地黄类药物可部分抑制可部分抑制NaNa+-K-K+泵活动，使心肌静息泵活动，使心肌静息电位降低。乙酰胆碱通过激活乙酰胆碱激活的电位降低。乙酰胆碱通过激活乙酰胆碱激活的K K+通道，可通道，可提高心肌细胞膜对提高心肌细胞膜对K K+的通透性，有利于的通透性，有利于K K+外流，使膜电位外流，使膜电位负值增大，更接近于负值增大，更接近于K K+平衡电位，引起膜超极化。平衡电位，引起
24、膜超极化。二、动作电位二、动作电位1 1心肌细胞兴奋过程中跨膜电位的变化称为动作电心肌细胞兴奋过程中跨膜电位的变化称为动作电位。它是由于一系列的离子跨膜运动所引起的。心肌动位。它是由于一系列的离子跨膜运动所引起的。心肌动作电位的特点是除极迅速而复极缓慢，整个过程可达作电位的特点是除极迅速而复极缓慢，整个过程可达200-400200-400毫秒。动作电位的时程长短受许多因素影响，如毫秒。动作电位的时程长短受许多因素影响，如温度、电解质、神经递质等。当心率增快时，动作电位温度、电解质、神经递质等。当心率增快时，动作电位的时程缩短。的时程缩短。2 2不同心肌动作电位的形态、时程和产生原理都不不同心肌
25、动作电位的形态、时程和产生原理都不同。根据电生理特性，可把心肌分成快反应细胞和慢反同。根据电生理特性，可把心肌分成快反应细胞和慢反应细胞，以下分别讨论其动作电位特征和产生的原理。应细胞，以下分别讨论其动作电位特征和产生的原理。(1(1）快反应细胞快反应细胞 指心房肌、心室肌和房室束指心房肌、心室肌和房室束浦肯野系统的细胞。它们的浦肯野系统的细胞。它们的动作电位特征是除极速度快、波幅大、传导速度快，每秒动作电位特征是除极速度快、波幅大、传导速度快，每秒0.4-40.4-4米，故名。浦肯野细胞的动作电位可以分为五个时相（或期），米，故名。浦肯野细胞的动作电位可以分为五个时相（或期），心室肌动作电位
26、的形态视动物种类不同而异，人心室肌也可分心室肌动作电位的形态视动物种类不同而异，人心室肌也可分为五个时相，以下分别讨论动作电位各期的发生原理。为五个时相，以下分别讨论动作电位各期的发生原理。0 0相相又称除极化期除极化期 时间短，人心室肌占时间短，人心室肌占1-21-2毫秒。心肌细胞受刺激后，膜电位从毫秒。心肌细胞受刺激后，膜电位从-90mv90mv降低到降低到-60-60-70mv-70mv（阈电位）时，引起细胞膜上的钠通道（快阈电位）时，引起细胞膜上的钠通道（快通道）激活开放，心肌细胞膜对通道）激活开放，心肌细胞膜对NaNa+的通透性徒增的通透性徒增透性却忽然降低，透性却忽然降低，P PK
27、 K：P PNaNa从静息状态的从静息状态的1 1：0.010.01变成变成1:101:10，NaNa+顺顺浓度差从细胞外涌入心肌细胞浓度差从细胞外涌入心肌细胞,使膜内电位急剧上升，从使膜内电位急剧上升，从-90mv-90mv升到升到+30mv+30mv，产生除极。产生除极。钠通道钠通道(I(INa Na fast channel)fast channel)的激活、失活（开放、关闭）过程极的激活、失活（开放、关闭）过程极为迅速，为迅速，当心肌细胞达阈电位水平（当心肌细胞达阈电位水平（-70mV-70mV）开放开放，除极到，除极到-55mv-55mv左左右钠通道开始失活，到除极完毕右钠通道开始失
28、活，到除极完毕（0mV0mV），完全失活，全过程仅，完全失活，全过程仅1 12 2毫秒毫秒，但最大去极化，但最大去极化速率为速率为200-400V/s。钠通道失活后，再次激活开放能力的恢复过程却十分缓慢。钠钠通道失活后，再次激活开放能力的恢复过程却十分缓慢。钠通道再次开放能力的恢复既依赖于电压，也依赖于时间。电压方面，通道再次开放能力的恢复既依赖于电压，也依赖于时间。电压方面，在心肌复极化到在心肌复极化到-55mv-55mv以前，任何强大的刺激都不能使之产生反应；以前，任何强大的刺激都不能使之产生反应；时间方面，钠通道再次开放能力的恢复随复极程度而快慢不同，复时间方面，钠通道再次开放能力的恢复
29、随复极程度而快慢不同，复极越完全，恢复越快，在部分除极的心肌恢复很慢。极越完全，恢复越快，在部分除极的心肌恢复很慢。也也参与但参与但在在0 0期去极的形成中作用不大。期去极的形成中作用不大。快快I INaNa通道通道可被可被TTXTTX阻断，但敏感性仅是阻断，但敏感性仅是N N、M M的的100-1000100-1000分子一。分子一。当当心肌缺血损伤心肌缺血损伤而发生除极时，一方面快钠通道处而发生除极时，一方面快钠通道处在部分失活状态，另方面在每次心搏后，钠通道从失活在部分失活状态，另方面在每次心搏后，钠通道从失活中恢复的过程减慢，使传导速度更形减慢而易于发生传中恢复的过程减慢，使传导速度更
30、形减慢而易于发生传导阻滞。导阻滞。河豚毒素（河豚毒素（TTXTTX）利多卡因、奎尼丁利多卡因、奎尼丁阻断折返激动而发挥抗心律失常作用；阻断折返激动而发挥抗心律失常作用；乌头碱和藜乌头碱和藜芦碱芦碱可以使钠通道保持在持续开放状态，诱发心肌细胞可以使钠通道保持在持续开放状态，诱发心肌细胞反复发放冲动而产生心律失常。反复发放冲动而产生心律失常。当心肌细胞除极到当心肌细胞除极到-50mv-50mv时，心肌细胞膜上的另一离时，心肌细胞膜上的另一离子通道子通道T T型型CaCa2+2+通道通道被激活开放被激活开放。T T型型CaCa2+2+通道与通道与NaNa+通道相似通道相似,激活和失活均快，形成的激活
31、和失活均快，形成的CaCa2+2+内流参与内流参与0 0期去极过程，因其电流期去极过程，因其电流微弱和失活快，故在微弱和失活快，故在0 0期去极的形成中作用不大。期去极的形成中作用不大。慢通道（窦房结、房室结等）的反应特点是慢通道（窦房结、房室结等）的反应特点是：兴奋的阈电位和快通道不同；兴奋的阈电位和快通道不同；专一性差，它允许专一性差，它允许CaCa2+2+通过，也允许通过，也允许NaNa+通过；通过；激活过程缓慢，需要十毫秒左右。事实上是在快激活过程缓慢，需要十毫秒左右。事实上是在快通道失活后数毫秒时它才充分激活开放；通道失活后数毫秒时它才充分激活开放；失活过程也缓慢，比快钠通道慢失活过
32、程也缓慢，比快钠通道慢2020倍；倍；电流小，仅为快钠通道的电流小，仅为快钠通道的1/101/10；河豚毒素不能阻断慢通道，而异搏定（河豚毒素不能阻断慢通道，而异搏定（verapamilverapamil）等可阻断之。等可阻断之。1相又(称快速复极初期)I Itoto看法有了改变，比较倾向于认为看法有了改变，比较倾向于认为I Itoto主要主要是由于钾离子外流引起的。是由于钾离子外流引起的。CL CL CLCL的的其理由如下：其理由如下：人为地把细胞外液中的人为地把细胞外液中的 浓度降低到正常值的浓度降低到正常值的10%10%时，时，I Itoto的幅值只减弱的幅值只减弱20%20%，两者相关
33、性很差；，两者相关性很差；I Itoto可以被选择性的钾通道阻断剂四乙基胺和可以被选择性的钾通道阻断剂四乙基胺和4-4-氨氨基吡啶阻断；基吡啶阻断；采用重复多次激活采用重复多次激活I Itoto的电压钳制术方法，可以使的电压钳制术方法，可以使I Itoto增大，放射性同位素增大，放射性同位素K K+的外流量也增加，而的外流量也增加，而4-4-氨基吡氨基吡啶可同时阻断这两者，证明啶可同时阻断这两者，证明I Itoto的主要离子成分是的主要离子成分是K K+。目前认为，目前认为，K K+外流是外流是I Itoto的主要离子成分，即的主要离子成分，即K K+外流外流所致的一过性外向电流是心室肌所致的
34、一过性外向电流是心室肌1 1期复极的主要原因。期复极的主要原因。I Itoto存在明显的存在明显的种属差异。豚鼠种属差异。豚鼠心肌心肌没有没有 I Itoto，大小大小鼠鼠I Ito to 作用很强。作用很强。2 2相（又称缓慢复极期）相（又称缓慢复极期）在人心室肌约占在人心室肌约占100100毫秒左右。当毫秒左右。当1 1期复极结束后，复极过期复极结束后，复极过程变得非常缓慢，膜内电位基本停滞于程变得非常缓慢，膜内电位基本停滞于0mV0mV左右，记录的图形左右，记录的图形比较平坦，常称平台期（比较平坦，常称平台期（p1ateaup1ateau），），持续约持续约100100150ms150m
35、s，是是整个动作电位持续时间长的主要原因，也是心室肌细胞动作电整个动作电位持续时间长的主要原因，也是心室肌细胞动作电位区别于骨骼肌细胞、神经纤维动作电位的主要特征。位区别于骨骼肌细胞、神经纤维动作电位的主要特征。平台期的形成涉及多种离子电流的参与，其中主要决定于平台期的形成涉及多种离子电流的参与，其中主要决定于CaCa2+2+（以及少量以及少量NaNa+）的内流与的内流与K K+外流分别形成的内向去极化电外流分别形成的内向去极化电流与外向复极化电流的互相平衡状态。流与外向复极化电流的互相平衡状态。在平台期初期，内向离子电流与外向离子电流处于相对平在平台期初期，内向离子电流与外向离子电流处于相对
36、平衡的状态，使膜电位稳定在衡的状态，使膜电位稳定在0mV0mV左右。随后，内向左右。随后，内向CaCa2+2+电流逐电流逐渐减弱，外向渐减弱，外向K K+电流逐渐增强，电流逐渐增强，总的结果是出现一种随时间推总的结果是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，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，形成平台期的晚期形成平台期的晚期CaCa2+2+的内流需通过的内流需通过CaCa2+2+通道通道。在心肌细胞膜上存在在心肌细胞膜上存在L L（long-long-1asting1asting）型和型和T T（transienttransient）型两种型
37、两种CaCa2+2+通道通道，两者均为电压门控，两者均为电压门控通道，其中通道，其中L L型型CaCa2+2+通道最为重要。通道最为重要。T T型型CaCa2+2+通道与通道与NaNa+通道相似，阈电位为通道相似，阈电位为-50-50-60mV-60mV，激活和失活均快，激活和失活均快，其单通道电导小于其单通道电导小于L L型型CaCa2+2+通道，所形成的通道，所形成的CaCa2+2+内流参与内流参与0 0期去极过程，因其期去极过程，因其电流微弱和失活快，故在电流微弱和失活快，故在0 0期去极和平台期的形成中作用不大。期去极和平台期的形成中作用不大。L L型型CaCa2+2+通道激活的阈电位
38、为通道激活的阈电位为-30-30-40mV-40mV，明显明显小小于于NaNa+通道的通道的-70mV70mV。L L型型CaCa2+2+通道激活、失活和复活均慢，经通道激活、失活和复活均慢，经L L型型CaCa2+2+通道通道CaCa2+2+跨膜跨膜内流起始慢，开放后持续时间长，故称为内流起始慢，开放后持续时间长，故称为L L（long-1astinglong-1asting）型，型，I ICa-L Ca-L 在平台期的形成中起重要作用。在平台期的形成中起重要作用。I ICa-L Ca-L 可被可被MnMn2+2+和多种和多种CaCa2+2+通道阻断剂（如维拉帕米）阻断，而对通道阻断剂（如维
39、拉帕米）阻断，而对可阻断快可阻断快NaNa+通道的河豚毒（通道的河豚毒（TTXTTX）和细胞膜内和细胞膜内-50mV-50mV的持续去极化状的持续去极化状态不敏感。态不敏感。CaCa2+2+通道阻断剂可使平台期提前结束，并降低平台期的电通道阻断剂可使平台期提前结束，并降低平台期的电位水平。位水平。CaCa2+2+通道阻断剂通道阻断剂主要影响动作电位的平台期，从而改变动作电位主要影响动作电位的平台期，从而改变动作电位时程和收缩力。时程和收缩力。这种钾电导（K+通透性）因膜去极化而降低的现象称为内向整流（inward rectification），IKl通道的内向整流特性，使它在0期去极过程中关闭
40、，并造成平台期中K+的通透性较低，不能迅速复极化，从而使平台期可持续延长。延长。延迟整流电流（de1ayed rectifier的增强与减弱对平台期的长短有重要意义。由于平台期有多种离子流参与，膜电阻又高，只要其中有任何一种离子流变化，就可以引起膜电位的变化，造成平台期的延长或缩短，平台的膜电位水平抬高或降低。因此动作电位平台期是心肌细胞对各种因素最敏感的时期。心电图的S-T段大致相当于心室肌动作电位的2期，因此S-T段易于受各种因素的影响而发生改变。3相（又称快速复极末期）此期内心室肌细胞膜的复极速度加快，膜电位此期内心室肌细胞膜的复极速度加快，膜电位由平台期的由平台期的0mV0mV左右迅速
41、恢复到左右迅速恢复到-90 mV-90 mV，完成复极过完成复极过程，历时程，历时100100150ms150ms。2 2期与期与3 3期之间无明显界限。期之间无明显界限。3 3期复极是由于期复极是由于L L型型CaCa2+2+通道关闭，通道关闭，CaCa2+2+内流停止，内流停止，而而K K+外流进行性增加所致，主要是钾外流。外流进行性增加所致，主要是钾外流。3 3期复期复极的极的K K+外流有赖于外流有赖于I IK K和和I IK1K1通道的参与通道的参与。I IK K 的逐渐的逐渐加强是促进复极的重要因素。在平台期逐渐增大的加强是促进复极的重要因素。在平台期逐渐增大的I IK K电流导致
42、平台期的终止和触发电流导致平台期的终止和触发3 3期复极，直至期复极，直至3 3期期复极膜电位降到复极膜电位降到-50mV-50mV左右才关闭，如图所示，当膜左右才关闭，如图所示，当膜内电位由内电位由-20mV-20mV变化到变化到-60mV-60mV时，由于内向整流作用时，由于内向整流作用的减弱，的减弱，I IK K通道开放增多，故随着膜的复极化，膜通道开放增多，故随着膜的复极化，膜对对K K+的通透性进行性增大，的通透性进行性增大，K K+外流不断增强，为再外流不断增强，为再生性正反馈过程生性正反馈过程从从0 0期去极化开始至期去极化开始至3 3期复极化完毕的时间称为动期复极化完毕的时间称
43、为动作电位时程（作电位时程（action potential durationaction potential duration，APDAPD）心室肌细胞约为心室肌细胞约为200-300ms200-300ms。动作电位时程的长短可随心率的增快而缩短。如动作电位时程的长短可随心率的增快而缩短。如前所述，前所述，I IK K通道失活缓慢，可持续数百毫秒，当心率通道失活缓慢，可持续数百毫秒，当心率增快时，在前一动作电位所激活的增快时，在前一动作电位所激活的I IK K通道尚未完全失通道尚未完全失活的基础上又发生新的动作电位，此时因膜对活的基础上又发生新的动作电位，此时因膜对K K+通透通透性较大，性
44、较大，K K+外流增多，故平台期和外流增多，故平台期和 APDAPD 缩短。缩短。3 3相时间的长短，主要取决于细胞膜对钾离子的通相时间的长短，主要取决于细胞膜对钾离子的通透性。当细胞外钾离子浓度升高时，细胞膜对钾离子透性。当细胞外钾离子浓度升高时，细胞膜对钾离子的通透性升高，的通透性升高，3 3相复极加速；反之则相复极加速；反之则3 3相复极时间延相复极时间延长。反映在心电图上表现为长。反映在心电图上表现为高血钾高血钾时时Q-TQ-T间期缩短而间期缩短而低低血钾血钾时时T T波增宽变平，波增宽变平，Q-TQ-T间期可以延长。间期可以延长。Figure 28-16.Long QT syndro
45、me due to Figure 28-16.Long QT syndrome due to genetic abnormality that blocks HERG Kgenetic abnormality that blocks HERG K+channels.This predisposes to ventricular channels.This predisposes to ventricular arrhythmias because it s|ows Karrhythmias because it s|ows K+efflux|,prolongirlg the cardiac a
46、ction efflux|,prolongirlg the cardiac action potentialand hence the QT interval.(Modified potentialand hence the QT interval.(Modified from keating M,Sanguinetti MC Molecu1ar from keating M,Sanguinetti MC Molecu1ar genetic insights into cardiovascular disease genetic insights into cardiovascular dis
47、ease Science 1996;272:681.)Science 1996;272:681.)4 4相（又称恢复期）相（又称恢复期）膜电位已恢复到静息膜电位水平，此期内膜电位虽稳定在膜电位已恢复到静息膜电位水平，此期内膜电位虽稳定在-90mV90mV，但在动作电位期间进入细胞的但在动作电位期间进入细胞的NaNa+、CaCa2+2+和流出细胞的和流出细胞的K K+所所造成的细胞内外离子分布的变化并未恢复。因此，在造成的细胞内外离子分布的变化并未恢复。因此，在4 4期内仍有期内仍有活跃的离子转运，以恢复细胞内外离子的正常浓度梯度，从而保活跃的离子转运，以恢复细胞内外离子的正常浓度梯度，从而保持
48、心肌细胞正常的兴奋性，持心肌细胞正常的兴奋性，(1)(1)通过膜上通过膜上NaNa+-K-K+泵的活动，每消耗泵的活动，每消耗1 1分子分子ATPATP排出排出3 3个个NaNa+、摄取摄取2 2个个K K+。(2)Ca(2)Ca2+2+的主动外运主要通过细胞膜上的主动外运主要通过细胞膜上NaNa+-Ca-Ca2+2+交换体（交换体（NaNa+-CaCa2+2+exchangerexchanger）进行，进行，NaNa+-Ca-Ca2+2+交换体是交换体是CaCa2+2+的双向转运系统，按的双向转运系统，按3 3：1 1的比例进行的比例进行NaNa+-Ca-Ca2+2+交换。交换。(3)(3)
49、此外，尚有少量的此外，尚有少量的CaCa2+2+可通过膜上可通过膜上CaCa2+2+泵主动排出细胞。泵主动排出细胞。3 3：2 2的的NaNa+-K-K+耦联主动转运产生的净正电荷外流称为泵电流耦联主动转运产生的净正电荷外流称为泵电流（IpIp）；）；而而3 3：1 1的的NaNa+-Ca-Ca2+2+交换产生的净正电荷内流称为交换产生的净正电荷内流称为NaNa+-Ca-Ca2+2+交换电流（交换电流（I INa-CaNa-Ca）。）。因此，心室肌细胞因此，心室肌细胞4 4期膜电位虽然稳定于静期膜电位虽然稳定于静息电位水平，但并不意味着各种跨膜电流的停止。实际上，静息息电位水平，但并不意味着各
50、种跨膜电流的停止。实际上，静息电位是各种内向和外向电流综合平衡的结果。电位是各种内向和外向电流综合平衡的结果。心房肌细胞的动作电位时程较短，历时仅心房肌细胞的动作电位时程较短，历时仅150ms150ms左右，其形成机制与心室肌细胞大致相同。左右，其形成机制与心室肌细胞大致相同。由于心房肌细胞膜对由于心房肌细胞膜对K K+的通透性大于心室肌，故平的通透性大于心室肌，故平台期和动作电位时程较短。台期和动作电位时程较短。心室肌细胞动作电位心室肌细胞动作电位各时相的各时相的离子离子流在流在心房心房肌细胞肌细胞也都具备，主要不同是也都具备，主要不同是心房肌细胞心房肌细胞膜中存在膜中存在乙酰胆碱敏感的钾通
