心脏的电生理学基础

心脏得电生理学基础

一、心肌细胞得分类

心肌细胞按生理功能分为两类:一类为工作细胞,包括心房肌及心室肌,胞浆内含有大量肌原纤维,因而具有收缩功能,主要起机械收缩作用。除此以外,还具有兴奋性、传导性而无自律性。另一类为特殊分化得心肌细胞,包括分布在窦房结、房间束与结间束、房室交界、房室束与普肯耶纤维中得一些特殊分化得心肌细胞,胞浆中没有或很少有肌原纤维,因而无收缩功能,主要具有自律性,有自动产生节律得能力,同时具有兴奋性、传导性、无论工作细胞还就是自律细胞,其电生理特性都与细胞上得离子通道活动有关,跨膜离子流决定静息膜电位与动作电位得形成。

根据心肌电生理特性,心肌细胞又可分为快反应细胞与慢反应细胞。

快反应细胞快反应细胞包括心房肌细胞、心室肌细胞与希-普细胞、其动作电位０相除极由钠电流介导,速度快、振幅大、快反应细胞得整个APD中有多种内向电流与外向电流参与。

慢反应细胞慢反应细胞包括窦房结与房室结细胞,其动作电位0相除极由L－型钙电流介导,速度慢、振幅小。慢反应细胞无Ｉk1控制静息膜电位,静息膜电位不稳定、易除极,因此自律性高。有关两类细胞电生理特性得比较见表1。

表1 快反应细胞与慢反应细胞电生理特性得比较

参数快反应细胞慢反应细胞

静息电位－8０～—９５mV －４0~—65mV

0期去极化电流ＩNa I Ca

0期除极最大速率200~７０0V/s １~15V/s

超射+20～+40mＶ—5~+20mV

阈电位-60~－75mV -40~—60mV

传导速度0。5～4.０ｍ／ｓ0。0２～0.０５

m/ｓ

兴奋性恢复时间3期复极后10～５

０mｓ３期复极后100mｓ以上

4期除极电流IｆＩk, I Ca, I f

二、静息电位得形成

静息电位(restinｇｐotｅntial,RP)就是指安静状态下肌细胞膜两侧得电位差,一般就是外正内负。利用微电极测量膜电位得实验,细胞外得电极就是接地得,因此RP就是指膜内相对于零得电位值。在心脏,不同组织部位得RP就是不相同得,心室肌、心房肌约为—80～—90mV,窦房结细胞—５0~-６0mＶ,普肯耶细胞—９0~－９5ｍV、

各种离子在细胞内外得浓度有很大差异,这种浓度差得维持主要就是依靠位于细胞膜与横管膜上得离子泵。如Ｎａ-K泵(Na—Kｐump),也称Ｎａ－K—ATＰ酶,其作用将胞内得N ａ+转运至胞外,同时将胞外得K+转运至胞内,形成细胞内外Na＋与Ｋ＋浓度梯度、Na－K-ATP 酶得磷酸化需要分解A TP,通常每分解一分子ＡＴP可将3个Na+转运至膜外,同时将2个K＋转运至膜内。

心肌细胞外Ｃa２+(［Ca２+］0)与细胞内Cａ２＋(［Ca2+］ｉ)相差万倍,维持Ca2+跨膜浓度梯度得转运系统其一就是位于细胞膜上得Na＋/Ｃa2+交换体(Na+/Cａ2+exｃhangｅr),它得活动可被ATＰ促进,但不分解ATＰ,因而也不直接耗能、Na+／Cａ２+交换体对Nａ＋与Ｃa2+得转运就是双向得,可将Nａ＋转入胞内同时将Ｃａ２+排出胞外(正向转运),也可将Ｎa+排出而将Ca2+转运至胞内(反向转运)。转运得方向取决于膜内外Na+、Ｃa２+浓度与膜电位。无论就是正向还就是反向转运,其化学计量学都就是3个Nａ＋与1个Ca2+得交换,Na+/Ca2+交换电流(I Na/I Ca)为内向电流,电流方向与Na＋流动得方向相一致,Na+内流而Ｃａ2＋外排、经Na＋/ Ca2+交换排出Ｃa2＋得过程就是间接地以Nａ泵得耗能活动为动力得。另一个维持Ｃa2＋跨膜梯度得转运系统就是位于肌质网(sarｃｏｐlasmic reticuｌum,SR)膜上得Ｃａ泵起着主要作用、Ca泵也称Cａ—ＡTP酶,它每分解一分子A TP可将胞浆中２个Ｃａ2＋逆电化学梯度转动至S Ｒ内,使［Ｃa2+]i降低到0、1µmol·L－1以下。心肌细胞膜上也存在Ca—ＡTＰ酶,可逆电化学梯度将胞浆内Ca2+转运至胞外。

带电功率离子得跨膜流动将产生膜电位得变化,变化得性质与幅度决定于电流得方向与强度。离子电流得方向就是以正电荷移动得方向来确定得;正电荷由胞外流入胞内得电流为内向电流,它引起膜得去极化;正电荷由胞内流出胞外得电流称为外向电流,它引起膜得复极化或超极化、心室肌、心房肌得RP能保持稳定,就是由于静息状态下内向电流与外向电流大小相等,电荷在膜两侧得净移动为零。决定RP得离子电流主要就是Na+与Ｋ+。原因就是静息状态下膜对Ca２+几乎没有通透性,其作用可以忽略。Ｃl-就是一个被动分布得离子,它不决定ＲP,而就是RP决定它得分布。以上分析表明一个稳定得RP,其外向得K+电流与内向得Na ＋电流相等。RP主要取决于膜得Ｋ+电导与Ｎａ+电导、膜对哪一种离子得电导更大,RP就更接近哪一种离子得平衡电位。静息时,K＋电导》Na+电导,RP接近于Ｋ+平衡电位。

三、心肌细胞动作电位得产生机制

动作电位(acｔiｏn ｐotenｔial, AP)就是指一个阈上刺激作用于心肌组织可引起一个扩布性得去极化膜电位波动。AP产生得基本原理就是心肌组织受到刺激时会引起特定离子通道得开放及带电离子得跨膜运动,从而引起膜电位得波动。由于不同心肌细胞具有不同种类

与特性得离子通道,因而不同部位得心肌ＡP得开关及其它电生理特征不尽相同。

(一)心室肌、心房肌与普肯耶细胞动作电位

心室肌、心房肌与普肯耶细胞均属于快反应细胞,AＰ形态相似。

心室肌AＰ复极时间较长(1０0~300ms),其特征就是存在２期平台。AP分为0,1,2,3,4期。

0期:除极期,膜电位由－80~—90mV在1～２ms内去极化到+40mV,最大去极化速度可达20０~400V/s。产生机制就是电压门控性钠通道激活,Na＋内流产生去极化。

1期:快速复极早期,膜电位迅速恢复到+1０±10mＶ。复极得机制就是钠通道得失活与瞬间外向钾通道Itｏ得激活,K+外流。在心外膜下心肌Ito电流很明显,使ＡＰ出现明显得尖锋;在心内膜下心肌该电流很弱,1期几乎瞧不到。

2期:平台期,形成得机制就是内向电流与外向电流平衡得结果、平台期得内向电流有I Ca—L,I Nａ＋/ Ｃａ2+,以及慢钠通道电流。其中最重要得就是ＩCa-L,它失活缓慢,在整个平台期持续存在。I Na+/ Cａ２+在平台期就是内向电流,参与平台期得维持并增加平台得高度。慢钠通道电流就是一个对ＴTX高度敏感得钠电流,参与平台期得维持、参与平台期得外向电流有Iｋ1,I k 与平台钾通道电流Ｉｋp。ＩCa-L得失活与I k得逐渐增强最终终止了平台期而进入快速复极末期(3期)。

3期:快速复极末期,参与复极3期得电流有Ｉk,Ｉｋ1与生电性Na泵电流、3期复极得早期主要就是I k得作用,而在后期I k1得作用逐渐增强。这就是因为膜得复极使I k1通道开放得概率增大,后者使Ｋ+外流增加并加速复极,形成正反馈,使复极迅速完成。

4期:自动除极期(又称舒张期自动除极期),主要存在于自律细胞,如普肯耶细胞与窦房结细胞。普肯耶细胞4期除极得最重要得内向电流为I f电流、由于它激活速度较慢,故它得4期除极速率较慢。在普肯耶细胞４期除极得后期,稳态得Na＋窗电流参与自动除极过程、窦房结细胞参与4期除极得离子有延迟整流钾电流(I k),起搏电流(I f),电压门控性I Cａ-L,I Ca－T。这些离子电流没有一个能独立完成窦房结得4期除极,外向I k衰减,相当于内向电流逐渐加强,在4期除极中起主要作用,也就是4期除极得主要机制;I f超极化激活,故在膜电位负值较大得细胞起较大作用;Ｃa２＋内流主要参与4期后半部分得除极。

心房肌动作电位与心室肌相比,主要特点就是:①1期复极较迅速,平台期不明显,因为心房肌Ｉtｏ电流较强而IＣa-L较弱;②3期复极与静息期有乙酰胆碱激活得钾通道K Ach参与。

普肯耶细胞属于快反应自律细胞,其AP与心室肌相比一个显著区别就是具有4期自动除极过程。普肯耶细胞I k1电流较强,RP可达-9０ｍＶ、0期最大除极速率高;它得Iｔo电流较强,1期复极速度较快;它得平台期持续时间长,可达300~50０mｓ。