第三讲心肌电生理
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心肌细胞的生物电活动
1
关于心肌细胞
2
一 心肌细胞的跨膜电位及其形成机制
3
离子在细胞膜内外的分布及形成的膜电位
Na+
extracell 145Mm
intracell 10Mm
Em
70mv
Ca2+ K+
2Mm 4Mm
10-4 Mm 140Mm
132mv -94mv
Cl- 120Mm
5Mm
-83mv
25
（一） 兴奋性
一次兴奋过程中兴奋性的周期性改变
2.相对不应期(RRP)： – 3期 -60mV~-80 mV，阈上刺激可引起扩布性兴 奋，并随膜电位增大，兴奋性继续回升。 – 原因是Na+通道开放能力尚低于正常，此时的 AP，0期速度与幅度较小（Na+内流少）、时程 较短。
26
（一） 兴奋性
水平，而是立即开始自动、缓慢的去极化，去 极一旦达到阈值，便激活Na通道，引起新的兴 奋。
4期自动去极化
根据4期特点可把细胞分为：自律细胞和非自律细胞 15
(二)自律细胞的跨膜电位
1、浦肯野细胞
自动去极：
（1）起搏电流(If)——背景Na+内流.即3期复极达到 -60mV时，出现Na+内流(If)，激活慢，-100 mV时充分激活。[Cs2+阻断]
24
（一） 兴奋性
一次兴奋过程中兴奋性的周期性改变
1.有效不应期(ERP)： – 0期~1期~2期~3期的-55 mV，心肌对任何刺激 不发生任何反应； – 3期-55mV~-60mV，心肌对足够强度的刺激产 生局部反应，出现部分去极。由于通常所谓 的兴奋是指扩布性兴奋，故视作“不应”，
– 其原因是Na+通道完全失活或刚开始复活。
iCa (L-type)
-60
iK iNa iCa
Spontaneous Depolarization
Time (msec)
36
（三） 传导性 (Conductivity)
Cardiac Conductive System
37
Sino-Atrial (SA) Node
Right Bundle Branch
33
（二） 自律性
正常起搏点主导节律的产生机制
超 速 抑 制 (overdrive suppression)：潜在起搏点在窦房 结的驱动下，长期超速运转，与此 同时，其自身的自律性不可能产生， 表现为抑制。
– ∵超速兴奋，钠反复内流
– ∴跨膜钠浓差减小，4期自动去 极减慢；
– ∴钠-钾泵转运加快，生电性排 钠膜超极化—超速程度越大，抑 制程度越大。
10
（一）工作细胞的跨膜电位
AP离子基础 ：
(3)3期复极：K+外 流（Ｉk1，Ik ）， 且具正反馈性质， 使膜电位越来越快 地接近Ek。 (4)4期：Na+-K+ 泵，Na+-Ca2+交换 和Ca2+泵。
11
（一）工作细胞的跨膜电位
关于Na+-Ca2+交换
机制：次级主动转运 Cardiac muscle has a sodium calcium exchanger in the sarcolemma which pumps calcium out of the cell at the expense of sodium entry down its electrochemical gradient. This sodium is then pumped out by the sodium-potassium pump at the expense of ATP.
7
（一）工作细胞的跨膜电位
动作电位（AP）：
复极化 （1）1期复极（快速复极初期）：
+30 mV ~ 0 mV，占时 10 ms; 0期和1期合称为锋电位。 （2）2期复极（平台期）： 0 mV等电位，持续100~150 ms; （3）3期复极（快速复极末期）： 0 ~ –90 mV，占时100 ~150ms; （4）4期（静息期）：稳定于静息电位水平。
Electrical Pathways
Atrio-Ventricular (AV) Node Bundle of HIS Left Bundle Branch
Purkinje fibers 38
（三） 传导性
39
Cardiac Electrical Activity
The electrical pathway from pacemaker to myocytes
3期：慢通道逐渐失活，钙内流逐 渐减少，钾通道开始激活，K+外流 (Ik)
4期：递减性K+外流（Ik ）；
If：进行性增强； ICa,T：-50mV时开放，
IK，If，ICa,T
17
AP from different areas of the heart
ATRIUM
VENTRICLE
mv
SA NODE 0
（2）进行性衰减的 (Ik）——Ik去极化时开放， 平台期增强，在-60 mV时开始失活。
(3) 自动去极化取决于 Na+内流> K +外流。
16
(二)自律细胞的跨膜电位
2、窦房结细胞
最大舒张电位（MRP）：-70 mV
阈电位水平较高（-40 mV）
动作电位：
0期：经慢通道的钙内流（ICa,L） 去极速度慢，时程长7ms ，1期不 明显
Conducting the action potential with different speed.
Atrioventricular delay (房室延搁) while a action potential conducts through AV node.
41
Gap Junction
29
（一） 兴奋性
期前收缩与代偿间歇
30
正常起搏点
额外刺激
31
（二） 自动节律性(Autorhythmicity）
自律组织：存在于起搏细胞与特殊传导系统
自律性高低用自动发生兴奋的频率来衡量：
– 窦房结：100 次/分 – 心房传导组织：50 次/分 – 房室交界： – 浦氏纤维：25 次/分
42
It takes about 100ms to spread an action potential through AV node
Gap junction
40
Characteristics of Conducting Action Potential in the Heart
Gap junction between cells (functional syncytium, 功能合胞体)
Preferential pathway (优势通路) within atrium
（3）Ito：是快反应细胞1期复极的离子流， 离子成分主要为K+，也有Na+参与。
位比较
心室肌细胞
窦房结细胞
静息电位/最大舒张电位 阈电位 0期去极化速度 0期结束时膜电位 去极幅度 4期膜电位 膜电位分期
RP：-90mv -70mv 迅速 +30mv 120mv 稳定 0，1，2，3，4
最大舒张电位：-70mv -40mv 缓慢 0mv（很少出现反极化） 约70mv 不稳定（自动去极化） 0，3，4
21
心肌细胞的电生理学分类
心房肌细胞
快反应细胞 心室肌细胞
浦肯野细胞
心肌细胞
房室束细胞
快反应非自律细胞
快反应自律细胞
窦房结P细胞
慢反应细胞 房结区细胞
结希区细胞 结区细胞
慢反应自律细胞
-70mv
Purkinje fibers
18
1．内向离子流（inward current）
（1）INa：称为快速Na+流,（第一内向电流）存在于快反应细 胞，是引起快反应细胞0期除极的内向电流的离子基础。
（2）Isi：称为缓慢内向电流，也称第二内向电流 。 A：Ica.f，（0期、钙释放）
B：Ica.s （2期）
8
（一）工作细胞的跨膜电位
AP离子基础 ：
1. 0期去极： Na+通道激活，快 速大量Na+内流 （INa） 2. 1期复极：ＩNa 失活，及短暂的 K+外流（transient
outward current, Ｉto）
9
（一）工作细胞的跨膜电位
AP离子基础 ：
（ 3）2期复极：K+ 外流和Ca2+内流，[早 期二者负载的跨膜电 荷基本平衡，随后， Ca2+通道（L-型钙通 道，ICa,L)失活，K+外 流（延迟整流钾电 流，Ik ）增强，并 逐渐延续为3期。是 心肌动作电位的主 要特点。]
正常起搏点：
– 窦房结，窦性心律
潜在起搏点 异位起搏点：
32
（二） 自律性
正常起搏点主导节律的产生机制
抢 先 占 领 (capture) ： 窦房结的自律性远高于 其它自律组织，当低位 组织4期去极尚未达到 阈电位水平时，来自高 位的兴奋冲动就使其产 生新的兴奋，于是，低 位组织自身的自律性来 不及表现，只能是被动 跟随。
一次兴奋过程中兴奋性的周期性改变
3.超常期(SNP)： 3期 -80mV~-90mV，阈下刺激即可引起扩布性兴奋，即兴奋
性超过正常。 原因是膜电位基本恢复，Na+通道处备用状态、且膜电位距阈 电位近，故兴奋性高；但因膜电位尚未达正常，故Na+通道开 放能力仍低、AP的去极速度与幅度仍低于正常。
27
（一） 兴奋性
意义：当发生短时间的窦性频率减
慢时，潜在起搏点的自律性不会立
即表现出来，有利于防止异位搏动
的发生。
34
（二） 自律性
决定和影响自律性的因素
– 最大舒张电位水平 – 阈电位水平 – 自动去极速度
35
iK
0
Membrane Potential (mV)
Threshold Potential
-40
慢反应非自律细胞
22
二 心肌的电生理特性
兴奋性excitability
电生理特性 自律性autorhythmicity
传导性conductivity
23
（一） 兴奋性（Excitability）
决定和影响兴奋性的 因素
– 静息电位水平： – 阈电位水平： – Na+通道的性状：通道
是否处于备用状态， 是心肌是否具有兴奋 性的前提，它取决于 复极水平和前次兴奋 后的时程。
兴奋性周期性改变的意义：心肌 的有效不应期长，持续到舒张早 期，因此不会发生强直收缩，始 终作收缩和舒张的交替活动，保 证心脏的泵血功能。
28
Comparison of refractory period and summation in cardiac and skeletal muscle fibers
4
（一）工作细胞的跨膜电位
静息电位(RP)： 特点：-90mV，稳定 RP离子基础：K+
经IK1(内向整流钾 通道)的外向流动
RP
5
特点：
Ik1不同发育阶段数量不同 Ik1不同组织密度不同 参与RP形成的离子通道和离子泵很多
Na+ background current
Pump current
12
小结:AP形成过程
+20
INa+, IK ICa, IK
mV
0
ICa, IK
Intracellular
Action Potential
INa , IK
-90
Mechanical Response 13
(二)自律细胞的跨膜电位
14
(二)自律细胞的跨膜电位
1、浦肯野细胞
电变化：基本同工作细胞 特征：3期复极达静息水平后，4期并不稳定于该
Sodium potassium pump Na+--Ca2+ exchanger
6
（一）工作细胞的跨膜电位
动作电位（AP）：
去极化: 0期：-90 mV ~ +30 mV 特点：（1）去极时间短，
1~2 ms; （2）去极幅度大，
120mV; （3）去极速度快，
Vmax：200 ~400V/s; （4）极化反转明显。
c：Is1.2（离子交换）
(3) If：超极化激活的非特异性内向离子流，主要由Na+携带， 存在于自律细胞4期
19
2．外向离子流（outward current）
（ 1）Ikl：存在于快反应细胞，是决定快反应工作
细胞静息电位的离子流，并在复极2期和3期 起复极作用； （2）Ik：这种外向电流主要由K+携带， 但也有Na+参加，不是单纯的K+流，故又称Ix
1. Gap junction is a site where cells directly talk each other via a protein particle called connexon ( 连接体).
2. Connexon is a complex consisted of 6 connexins (连接子), by forming a connexon channel water and ion can exchange between cells.
1
关于心肌细胞
2
一 心肌细胞的跨膜电位及其形成机制
3
离子在细胞膜内外的分布及形成的膜电位
Na+
extracell 145Mm
intracell 10Mm
Em
70mv
Ca2+ K+
2Mm 4Mm
10-4 Mm 140Mm
132mv -94mv
Cl- 120Mm
5Mm
-83mv
25
（一） 兴奋性
一次兴奋过程中兴奋性的周期性改变
2.相对不应期(RRP)： – 3期 -60mV~-80 mV，阈上刺激可引起扩布性兴 奋，并随膜电位增大，兴奋性继续回升。 – 原因是Na+通道开放能力尚低于正常，此时的 AP，0期速度与幅度较小（Na+内流少）、时程 较短。
26
（一） 兴奋性
水平，而是立即开始自动、缓慢的去极化，去 极一旦达到阈值，便激活Na通道，引起新的兴 奋。
4期自动去极化
根据4期特点可把细胞分为：自律细胞和非自律细胞 15
(二)自律细胞的跨膜电位
1、浦肯野细胞
自动去极：
（1）起搏电流(If)——背景Na+内流.即3期复极达到 -60mV时，出现Na+内流(If)，激活慢，-100 mV时充分激活。[Cs2+阻断]
24
（一） 兴奋性
一次兴奋过程中兴奋性的周期性改变
1.有效不应期(ERP)： – 0期~1期~2期~3期的-55 mV，心肌对任何刺激 不发生任何反应； – 3期-55mV~-60mV，心肌对足够强度的刺激产 生局部反应，出现部分去极。由于通常所谓 的兴奋是指扩布性兴奋，故视作“不应”，
– 其原因是Na+通道完全失活或刚开始复活。
iCa (L-type)
-60
iK iNa iCa
Spontaneous Depolarization
Time (msec)
36
（三） 传导性 (Conductivity)
Cardiac Conductive System
37
Sino-Atrial (SA) Node
Right Bundle Branch
33
（二） 自律性
正常起搏点主导节律的产生机制
超 速 抑 制 (overdrive suppression)：潜在起搏点在窦房 结的驱动下，长期超速运转，与此 同时，其自身的自律性不可能产生， 表现为抑制。
– ∵超速兴奋，钠反复内流
– ∴跨膜钠浓差减小，4期自动去 极减慢；
– ∴钠-钾泵转运加快，生电性排 钠膜超极化—超速程度越大，抑 制程度越大。
10
（一）工作细胞的跨膜电位
AP离子基础 ：
(3)3期复极：K+外 流（Ｉk1，Ik ）， 且具正反馈性质， 使膜电位越来越快 地接近Ek。 (4)4期：Na+-K+ 泵，Na+-Ca2+交换 和Ca2+泵。
11
（一）工作细胞的跨膜电位
关于Na+-Ca2+交换
机制：次级主动转运 Cardiac muscle has a sodium calcium exchanger in the sarcolemma which pumps calcium out of the cell at the expense of sodium entry down its electrochemical gradient. This sodium is then pumped out by the sodium-potassium pump at the expense of ATP.
7
（一）工作细胞的跨膜电位
动作电位（AP）：
复极化 （1）1期复极（快速复极初期）：
+30 mV ~ 0 mV，占时 10 ms; 0期和1期合称为锋电位。 （2）2期复极（平台期）： 0 mV等电位，持续100~150 ms; （3）3期复极（快速复极末期）： 0 ~ –90 mV，占时100 ~150ms; （4）4期（静息期）：稳定于静息电位水平。
Electrical Pathways
Atrio-Ventricular (AV) Node Bundle of HIS Left Bundle Branch
Purkinje fibers 38
（三） 传导性
39
Cardiac Electrical Activity
The electrical pathway from pacemaker to myocytes
3期：慢通道逐渐失活，钙内流逐 渐减少，钾通道开始激活，K+外流 (Ik)
4期：递减性K+外流（Ik ）；
If：进行性增强； ICa,T：-50mV时开放，
IK，If，ICa,T
17
AP from different areas of the heart
ATRIUM
VENTRICLE
mv
SA NODE 0
（2）进行性衰减的 (Ik）——Ik去极化时开放， 平台期增强，在-60 mV时开始失活。
(3) 自动去极化取决于 Na+内流> K +外流。
16
(二)自律细胞的跨膜电位
2、窦房结细胞
最大舒张电位（MRP）：-70 mV
阈电位水平较高（-40 mV）
动作电位：
0期：经慢通道的钙内流（ICa,L） 去极速度慢，时程长7ms ，1期不 明显
Conducting the action potential with different speed.
Atrioventricular delay (房室延搁) while a action potential conducts through AV node.
41
Gap Junction
29
（一） 兴奋性
期前收缩与代偿间歇
30
正常起搏点
额外刺激
31
（二） 自动节律性(Autorhythmicity）
自律组织：存在于起搏细胞与特殊传导系统
自律性高低用自动发生兴奋的频率来衡量：
– 窦房结：100 次/分 – 心房传导组织：50 次/分 – 房室交界： – 浦氏纤维：25 次/分
42
It takes about 100ms to spread an action potential through AV node
Gap junction
40
Characteristics of Conducting Action Potential in the Heart
Gap junction between cells (functional syncytium, 功能合胞体)
Preferential pathway (优势通路) within atrium
（3）Ito：是快反应细胞1期复极的离子流， 离子成分主要为K+，也有Na+参与。
位比较
心室肌细胞
窦房结细胞
静息电位/最大舒张电位 阈电位 0期去极化速度 0期结束时膜电位 去极幅度 4期膜电位 膜电位分期
RP：-90mv -70mv 迅速 +30mv 120mv 稳定 0，1，2，3，4
最大舒张电位：-70mv -40mv 缓慢 0mv（很少出现反极化） 约70mv 不稳定（自动去极化） 0，3，4
21
心肌细胞的电生理学分类
心房肌细胞
快反应细胞 心室肌细胞
浦肯野细胞
心肌细胞
房室束细胞
快反应非自律细胞
快反应自律细胞
窦房结P细胞
慢反应细胞 房结区细胞
结希区细胞 结区细胞
慢反应自律细胞
-70mv
Purkinje fibers
18
1．内向离子流（inward current）
（1）INa：称为快速Na+流,（第一内向电流）存在于快反应细 胞，是引起快反应细胞0期除极的内向电流的离子基础。
（2）Isi：称为缓慢内向电流，也称第二内向电流 。 A：Ica.f，（0期、钙释放）
B：Ica.s （2期）
8
（一）工作细胞的跨膜电位
AP离子基础 ：
1. 0期去极： Na+通道激活，快 速大量Na+内流 （INa） 2. 1期复极：ＩNa 失活，及短暂的 K+外流（transient
outward current, Ｉto）
9
（一）工作细胞的跨膜电位
AP离子基础 ：
（ 3）2期复极：K+ 外流和Ca2+内流，[早 期二者负载的跨膜电 荷基本平衡，随后， Ca2+通道（L-型钙通 道，ICa,L)失活，K+外 流（延迟整流钾电 流，Ik ）增强，并 逐渐延续为3期。是 心肌动作电位的主 要特点。]
正常起搏点：
– 窦房结，窦性心律
潜在起搏点 异位起搏点：
32
（二） 自律性
正常起搏点主导节律的产生机制
抢 先 占 领 (capture) ： 窦房结的自律性远高于 其它自律组织，当低位 组织4期去极尚未达到 阈电位水平时，来自高 位的兴奋冲动就使其产 生新的兴奋，于是，低 位组织自身的自律性来 不及表现，只能是被动 跟随。
一次兴奋过程中兴奋性的周期性改变
3.超常期(SNP)： 3期 -80mV~-90mV，阈下刺激即可引起扩布性兴奋，即兴奋
性超过正常。 原因是膜电位基本恢复，Na+通道处备用状态、且膜电位距阈 电位近，故兴奋性高；但因膜电位尚未达正常，故Na+通道开 放能力仍低、AP的去极速度与幅度仍低于正常。
27
（一） 兴奋性
意义：当发生短时间的窦性频率减
慢时，潜在起搏点的自律性不会立
即表现出来，有利于防止异位搏动
的发生。
34
（二） 自律性
决定和影响自律性的因素
– 最大舒张电位水平 – 阈电位水平 – 自动去极速度
35
iK
0
Membrane Potential (mV)
Threshold Potential
-40
慢反应非自律细胞
22
二 心肌的电生理特性
兴奋性excitability
电生理特性 自律性autorhythmicity
传导性conductivity
23
（一） 兴奋性（Excitability）
决定和影响兴奋性的 因素
– 静息电位水平： – 阈电位水平： – Na+通道的性状：通道
是否处于备用状态， 是心肌是否具有兴奋 性的前提，它取决于 复极水平和前次兴奋 后的时程。
兴奋性周期性改变的意义：心肌 的有效不应期长，持续到舒张早 期，因此不会发生强直收缩，始 终作收缩和舒张的交替活动，保 证心脏的泵血功能。
28
Comparison of refractory period and summation in cardiac and skeletal muscle fibers
4
（一）工作细胞的跨膜电位
静息电位(RP)： 特点：-90mV，稳定 RP离子基础：K+
经IK1(内向整流钾 通道)的外向流动
RP
5
特点：
Ik1不同发育阶段数量不同 Ik1不同组织密度不同 参与RP形成的离子通道和离子泵很多
Na+ background current
Pump current
12
小结:AP形成过程
+20
INa+, IK ICa, IK
mV
0
ICa, IK
Intracellular
Action Potential
INa , IK
-90
Mechanical Response 13
(二)自律细胞的跨膜电位
14
(二)自律细胞的跨膜电位
1、浦肯野细胞
电变化：基本同工作细胞 特征：3期复极达静息水平后，4期并不稳定于该
Sodium potassium pump Na+--Ca2+ exchanger
6
（一）工作细胞的跨膜电位
动作电位（AP）：
去极化: 0期：-90 mV ~ +30 mV 特点：（1）去极时间短，
1~2 ms; （2）去极幅度大，
120mV; （3）去极速度快，
Vmax：200 ~400V/s; （4）极化反转明显。
c：Is1.2（离子交换）
(3) If：超极化激活的非特异性内向离子流，主要由Na+携带， 存在于自律细胞4期
19
2．外向离子流（outward current）
（ 1）Ikl：存在于快反应细胞，是决定快反应工作
细胞静息电位的离子流，并在复极2期和3期 起复极作用； （2）Ik：这种外向电流主要由K+携带， 但也有Na+参加，不是单纯的K+流，故又称Ix
1. Gap junction is a site where cells directly talk each other via a protein particle called connexon ( 连接体).
2. Connexon is a complex consisted of 6 connexins (连接子), by forming a connexon channel water and ion can exchange between cells.