第二节 心脏的生物电活动和生理特性

心肌细胞的分类 心肌细胞 工作细胞：心房肌和心室肌细胞 窦房结 房室交界（房室结） 房室束 （希氏束） 浦肯野细胞 房结区 结希区 自律细胞 结 区

心肌细胞的分类及生理特性

一、心肌细胞的跨膜电位及形成机制

(一) 工作细胞的跨膜电位及形成机制-心室肌 1、静息电位（resting potential） Rp：-80 ～ -90mV（心室肌） What is resting potential ？

心室肌细胞静息电位形成机制 ： 主要是Ek，K+经IK1通道外流 但Ek 为-94 mV，而RP为-90mV， 表明还有其它因素参与（如Na+的内流）

What is action potential ？ 心室肌Ap的主要特征: ①复极化过程复杂 ②持续时间长、有平台期 ③升支和降支不对称 ④可分为0、1、2、3、4期 What is action potential ？

心室肌细胞与神经细胞动作电位的比较

心室肌细胞AP分期和形成机制

What is threshold potential ？ （1）去极化过程：0期（phase 0） 从-90mV→+30mV，约1～2ms 去极化到阈电位（-70mV）→快INa通道开放，出现再生性Na+内流,Na+顺电-化学梯度进入细胞内→去极化。 What is threshold potential ？

快反应动作电位（fast response action potential） 快通道（fast channel） 激活开放的速度快,失活关闭的速度快 快反应动作电位（fast response action potential） 0期去极化由快INa通道介导的动作电位 快反应细胞（fast response cell） 由快Na+通道开放引起快速去极化的心肌细胞 如:心房肌、心室肌、浦肯野细胞

（2）复极化过程： 包括1期、2期、3期 1期复极（快速复极初期） 历时约10ms 0期和1期合称锋电位 (spike potential) +30mV 0mV左右， 历时约10ms 0期和1期合称锋电位 (spike potential)

1期快速复极：是由K+负载的一过性外向电流（transient outward current，Ito）所引起 ①Na+内流停止 （通道失活） ②Ito通道开放 0期末： （去极化达-40mv时激活，开放5 --10ms） 一过性K+外流 膜电位从+30mV至0mV左右

2期：平台期(plateau)： 膜电位水平停滞于0mV，占100- 150ms 是心室肌AP持续较长时程的主要原因 是区别于神经或骨骼肌细胞动作电位的主要特征

两种电流：内向Ca 2+电流（ICa-L）、 2期形成机制: 两种电流：内向Ca 2+电流（ICa-L）、 外向K+电流（IK）

心肌细胞膜的电压门控Ca2+通道 ： T型(transient channel)Ca2+通道 ①阈电位为-50~-60mV ②激活和失活均快 ③参与0期去极过程 L型(long-lasting channel)Ca2+通道 ①阈电位为-40mV ②激活、失活和复活均慢,称慢通道 ③可被Mn2+和维拉帕米阻断 ④2期的主要内向离子流

3期复极(快速复极末期) 0mV - 90mV 历时约为100～150ms。

3期复极机制： 0期 3期复极 Ca2+（和少量Na+）的递减性内流停止 Ca2+通道完全失活 1期 2期 膜对K+的通透性↑ 2期末 1期 2期 膜对K+的通透性↑ K+外流（Ik通道） 0期 3期 3期复极

4期：静息期，也称电舒张期. 排出细胞内Na+和Ca2+ ，摄回细胞外K+ Na+-K+泵活动 Ca2+主动转运 ① Na+ - Ca2+交换(继发性主动转运) ② Ca2+泵活动

4 心室肌动作电位小结 Na+内流 (快INa通道) K+外流(Ito通道) Ca2+内流(ICa-L通道) K+外流(Ik1通道) Na+、Ca2+出胞 K+入胞 4

(二)自律细胞的跨膜电位及其形成机制 窦房结P细胞 心室肌细胞 浦肯野细胞

1、窦房结P细胞(pacemaker) Ap的特点： ①最大复极电位为-70mV，阈电位为 - 40mV 速度慢（约10v/s），时程长（约7ms） ③无明显1期和2期复极 ④4期自动去极化速度快（约0.1V/s）， 明显快于浦肯野细胞（0.02V/s） 3 4

4 窦房结细胞的动作电位产生机制： (1)0期去极化过程： Ca++内流（ L型慢钙通道） 最大复极电位(-70mv) 由于L型Ca2+通道激活、失活缓慢， 故0期去极化缓慢，持续时间长 3 4 最大复极电位(-70mv) 自动去极达阈电位（-40mV） L型Ca2+通道激活 Ca2+内流

慢反应细胞 (slow response sell): 由L型慢Ca++通道开放引起缓慢去极化的 心肌细胞 慢反应动作电位(slow response Ap): 0期去极化过程由L型慢Ca++介导的动作电位

(2)3期复极化过程: IK —— K+外流 0期 3期 4期 0期去极化0mv左右 L型Ca2+通道逐渐失活 IK通道的开放 3期复极至最大舒张电位 0期 3期 4期

(3)4期自动去极化 外向电流(K+)的减弱 内向电流(Na+、Ca2+)的增强 一种外向电流（IK:K+外流衰减） 净内向离子流 K+(IK) Na+(If) Ca2+(ICa-T) 4 一种外向电流（IK:K+外流衰减） 净内向离子流 If ：Na+内流 两种内向电流 ICa-T ：Ca2+内流

2、浦肯野细胞：是一种快反应自律细胞 特点： ①Ap分为0期、1期、2期、3期、4期 ②0期去极化速快，幅度大 ③4期不稳定,能自动去极化 形成机制： ①0、1、2、3期与心室肌相似 ②4期自动去极化的离子基础: 外向电流(Ik)逐渐减弱 内向电流(If)逐渐增强

快、慢反应心肌细胞动作电位的特征比较 快反应动作电位 慢反应动作电位 ①动作电位波形分5个期： ①动作电位波形分3个期： 快反应动作电位 慢反应动作电位 ①动作电位波形分5个期： ①动作电位波形分3个期： 0、1、2、3、4期 0、3、4期 ②电位幅度高 ②电位幅度低 ③0期去极速度快 ③0期去极速度慢 ④0期主要与Na+内流有关 ④0期主要与Ca2+内流有关 ⑤具有快、慢通道 ⑤只有慢通道 （以快通道为主） ⑥静息电位大： ⑥静息电位小： -85mv ～ - 90mv -60mv～ -65mv 不稳定（自律细胞） ⑦4期膜电位稳定 ⑦4期膜电位不稳定(自律细胞) （普通心肌细胞） ⑧通道阻断剂：河豚毒 ⑧通道阻断剂：Mn2+、异搏定

二、心肌的生理特性 兴奋性（excitability） 自律性（autorhythmicity） 电生理特性 传导性（conductivity） 收缩性（contractivity） 机械特性

（一）兴奋性（excitability） 1、影响兴奋性的因素： （1）静息电位或最大复极电位水平 What is excitability? 若阈电位水平不变 与阈电位的距离小 兴奋性增高 静息电位或最大复极电位 水平绝对值减小 与阈电位的距离大 兴奋性降低 静息电位或最大复极电位水平绝对值增大 临床：高血钾时心肌兴奋性有何影响？ 阈电位 小 大

（2）阈电位水平 静息电位或最大复极电位水平不变 距离大 兴奋性低 阈电位水平上移 距离小 兴奋性高 阈电位水平下移 阈电位 大 小

（3）引起0期去极化的离子通道性状 +30mv

2、心室肌兴奋性的周期性变化 (1)有效不应期(ERP) 0期～3期复极- 55mv～-60mv (2)相对不应期（RRP） (3)超常期（SNP） 3期复极-80mv～ - 90mv

a:绝对不应期：给任何刺激，无任何反应 a b:局部反应期 c c:相对不应期：给阈上刺激可兴奋，原因：相当数量钠通道复活 d -55mv -60mv a+b: 有效不应期： 原因： 钠通道失活 -80mv -90mv b a c c:相对不应期：给阈上刺激可兴奋，原因：相当数量钠通道复活 a+b d d:超常期 ：阈下刺激 可引起兴奋。原因：钠通道全部复活，此期的膜电位（-80→-90mv)与阈电位（-70mv)很接近

意义：保证心收缩和舒张交替的节律活动，以实现其泵血功能。 3、兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系 心肌兴奋性变化特点： 有效不应期长——相当于整个收缩期加舒张早期 心肌不会发生强直收缩 意义：保证心收缩和舒张交替的节律活动，以实现其泵血功能。

期前收缩与代偿间歇 心室肌 心室期前兴奋 窦房结 心室期前收缩 窦房结的兴奋落在心室期前兴奋的不应期内 额外刺激或病理兴奋源 期前兴奋

（二）自动节律性（autorhythmicity） 概念：心肌组织在没有外来刺激的情况下能自发生节律性兴奋的能力或特性，简称自律性 衡量自动节律性指标 频率 规则性

窦 房 结 100次/分（在体70次/分） 房室交界 50次/分 浦肯野纤维 25次/分 自动起搏频率（每min内自动产生兴奋的次数) 1.心脏的起搏点 自动起搏频率（每min内自动产生兴奋的次数) 窦 房 结 100次/分（在体70次/分） 房室交界 50次/分 浦肯野纤维 25次/分

正常起搏点(normal pacemaker） ：窦房结 窦性心律：由窦房结起搏的心脏节律性活动 潜在起搏点 (latent pacemaker) 异位起搏点 (ectopic pacemaker）

窦房结对潜在起搏点的控制机制 ②超速驱动压抑： 临床： 安装人工起搏器时应注意什么？ ①抢先占领（capture）： 潜在起搏点4期去极化速度慢，在尚未达到其阈电位之前，窦房结的节律性兴奋已经下达。 ②超速驱动压抑： A.超速驱动：自律细胞受到高于自身固有频率的刺激而发生节律性兴奋 B.超速驱动压抑：超速驱动后自律细胞自身固有的自律活动暂受压抑的现象

2.影响自律性的因素 （1）最大复极电位与阈电位之间的差距： 间差距小，自律性增高 （2）4期自动去极化速度： 4期自动去极化速度增快，自律性增高

（三）传导性 心肌传导兴奋的能力 衡量传导性的指标： 动作电位沿细胞膜传播的速度来衡量

1.心传导途径 快 慢 窦房结(0.05m/s) 全体心房肌 “优势传导通路” 相邻心房肌之间的闰盘(0.4m/s) 房室交界 房室束 相邻心室肌之间的闰盘 浦肯野纤维网(4.0m/s) 全体心室肌

房室延搁(atrioventricular delay)： 窦性节律兴奋通过房室交界区时，出现传导速度显著减慢，使兴奋在此延搁一段时间的现象。 房室延搁的意义: 避免了心房和心室收缩的重叠，使心室收缩必定发生在心房收缩完毕之后，有利于心室的充盈和射血。

2、影响传导性的因素 结构因素 传导速度加快 生理因素 细胞的直径 细胞间缝隙连接的数量 和功能 0期去极化的速度和幅度 细胞间缝隙连接的数量 和功能 0期去极化的速度和幅度 生理因素 局部电流形成的速度和强度 邻近未兴奋部位的兴奋性

(四) 心肌收缩的特点 1.对细胞外Ca2+的依赖性 与骨骼肌相比，心肌的肌质网不发达，Ca2+ 的储存量较少。

在平台期，少量的细胞外Ca2+ 内流，可触发肌质网大量释放Ca2+ ---钙触发钙释放 （calcium-induced calcium release）

心肌收缩后Ca2+ 的去向： ①肌质网钙泵回收 ②细胞膜的Na+-Ca2+ 交换 ③细胞膜的钙泵

2、“全或无”式收缩 而在心肌，相邻的心肌细胞之间有闰盘，兴奋可由此迅速彼此传导 只要有一个心室肌细胞兴奋，全体心室肌几乎同步兴奋收缩 心房肌的情况也是如此 在骨骼肌，整块肌肉中的肌纤维的收缩靠支配该肌肉的运动神经同步发放冲动。因为相邻的骨骼肌细胞之间没有闰盘。

3、心肌不发生强直收缩 原因：心肌的有效不应期长

三、体表心电图（自学） 心房去极化 心室去极化 心室复极化 平台期 心室去极化+复极化 兴奋：房→室

正常心电图的波形及其生理意义 名 称 时间（S） 幅度（mV) 意 义 P波 0.08～0.11 0.05～0.25 两心房的去极化 QRS波 0.06～0.10 0.5～2.0 两心室的去极化 T波 0.05～0.25 0.1～1.5 两心室复极化过程 P-R间期 0.12～0.20 兴奋：房→室的时间 S-T段 0.05～0.15 心室肌的AP处于平台期 Q-T间期 ＜0.4 心室去极化+复极化的时间