心脏的电生理学基础

心脏的电生理学基础

一、心肌细胞的分类

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。另一类为特殊分化的心肌细胞，包括分布在窦房结、房间束与结间束、房室交界、房室束和普肯耶纤维中的一些特殊分化的心肌细胞，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，有自动产生节律的能力，同时具有兴奋性、传导性。无论

工作细胞还是自律细胞，其电生理特性都与细胞上的离子通道活动有关，跨膜离子流决定静

息膜电位和动作电位的形成。

根据心肌电生理特性，心肌细胞又可分为快反应细胞和慢反应细胞。

快反应细胞快反应细胞包括心房肌细胞、心室肌细胞和希-普细胞。其动作电位0相

除极由钠电流介导，速度快、振幅大。快反应细胞的整个APD中有多种内向电流和外向电

流参与。

慢反应细胞慢反应细胞包括窦房结和房室结细胞，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I ki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的比较见表1。

表1快反应细胞和慢反应细胞电生理特性的比较

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I Na I Ca

0期除极最大速率200〜700V/S1~15V/s

超射+20〜+40mV-5~+20mV

阈电位-60~-75mV-40~-60mV

传导速度~4.0m/s~0.05m/s

兴奋性恢复时间 3 期复极后3期复极后

10〜50ms100ms以上

4期除极电流I f I k, I Ca, I f

、静息电位的形成

静息电位(resting potential, RP)是指安静状态下肌细胞膜两侧的电位差，一般是外正内负。禾U 用微电极测量膜电位的实验，细胞外的电极是接地的，因此RP是指膜内相对于零

的电位值。在心脏，不同组织部位的RP是不相同的，心室肌、心房肌约为-80~-90m V,窦

房结细胞-50~-60mV，普肯耶细胞-90~-95mV。

各种离子在细胞内外的浓度有很大差异，这种浓度差的维持主要是依靠位于细胞膜和横管膜上的离子泵。如Na-K泵(Na-K pump ),也称Na-K-ATP酶，其作用将胞内的Na+转运至胞外，同时将胞

外的K+转运至胞内，形成细胞内外Na+和K+浓度梯度。Na-K-ATP酶的磷酸化需要分解ATP，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+]o)和细胞内Ca2+([Ca2+]i)相差万倍，维持Ca2+跨膜浓度梯度的转运系统其一是位于细胞膜上的Na+/Ca2+交换体(Na+/Ca2+ exchanger),它的活动可被ATP

促进，但不分解ATP，因而也不直接耗能。Na+/Ca2+交换体对Na+和Ca2+的转运是双向的，

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)。转运的方向取决于膜内外Na+、Ca2+浓度和膜电位。无论是正向还是反向转

运，其化学计量学都是3个Na+与1个Ca2+的交换，Na+/ Ca2+交换电流(ka/|ca)为内向电流，电流方向与Na+流动的方向相一致，Na+内流而Ca2+外排。经Na+/ Ca2+交换排出Ca2+的过程是间接地以Na泵的耗能活动为动力的。另一个维持Ca2+跨膜梯度的转运系统是位于肌质网( sarcoplasmic reticulum, SR )膜上的Ca 泵起着主要作用。Ca 泵也称Ca-ATP 酶，它每分解一分子ATP可将胞浆中2个Ca2+逆电化学梯度转动至SR内，使[Ca2+]i降低到卩mol-1L 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。

带电功率离子的跨膜流动将产生膜电位的变化，变化的性质和幅度决定于电流的方向和强度。离子电流的方向是以正电荷移动的方向来确定的；正电荷由胞外流入胞内的电流为内向电流，它引起膜的去极化；正电荷由胞内流出胞外的电流称为外向电流，它引起膜的复极化或超极化。心室肌、心房肌的RP能保持稳定，是由于静息状态下内向电流与外向电流大

小相等，电荷在膜两侧的净移动为零。决定RP的离子电流主要是Na+和K+。原因是静息状

态下膜对Ca2+几乎没有通透性，其作用可以忽略。Cl-是一个被动分布的离子，它不决定RP, 而是RP决定它的分布。以上分析表明一个稳定的RP，其外向的K+电流和内向的Na+电流

相等。RP主要取决于膜的K+电导和Na+电导。膜对哪一种离子的电导更大，RP就更接近

哪一种离子的平衡电位。静息时，K+电导》Na +电导，RP接近于K+平衡电位。

三、心肌细胞动作电位的产生机制

动作电位 (action potential, AP )是指一个阈上刺激作用于心肌组织可引起一个扩布性的去极化膜电位波动。AP 产生的基本原理是心肌组织受到刺激时会引起特定离子通道的开放及带电离子的跨膜运动，从而引起膜电位的波动。由于不同心肌细胞具有不同种类和特性的离子通道，因而不同部位的心肌AP 的开关及其它电生理特征不尽相同。

（一）心室肌、心房肌和普肯耶细胞动作电位心室肌、心房肌和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