《生理学》心脏的生物电活动和生理特性
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K+ 通道：丰富的IK1通道 非门控、开放程度受膜电位影响
Ions and Cells
Extracellular fluid
Intracellular fluid
Na+ K+ Ca+2 Mg+2 ClHCO3SO4-2
Phosphates
pH
140 mM 4 mM 2.4 mM 1.2 mM
103 mM 28 mM 1 mM 4 mM
收缩性（contractility）
机械特性
（一）兴奋性
1、兴奋性的周期性变化 心肌细胞每次兴奋,其膜通道存在备用状态、激
活、失活和复活过程；其兴奋性也随之发生相应 的周期性改变。
（1）有效不应期（ERP）
绝对不应期（ARP） 局部反应期：
（2）相对不应期（RRP）
（3）超常期（SNP）
局部反应期
电位变化： +30→0mV 持续时间： 10ms （与０期合称为锋电位） 形成机制： K+外流（一过性外向电流 Ito ）
一过性外向电流 Ito通道: K+等
-30mv开放 5—10ms
1期
按任意键显示动画 2
②２期（平台期）
电位变化： 0mV
持续时间： 100~150ms
形成机制：外向离子流(IK)≈内向离子流(ICa-L )
（一）工作细胞的跨膜电位及其产生机制
（以心室肌细胞为例）
1．心室肌细胞RP形成机制
（1）幅度：-90mV(较骨骼肌细胞、神经细胞大)。
（2）机制：=K+平衡电位
条件： ① 膜两侧存在浓度差：
[K+]i ＞ [K+]o＝28∶1
[Na+]i ＜[Na+]o＝ 1∶13
②膜通透性具选择性： K+/Na+＝100/1
随着膜复极的进行， 膜内电位愈负, IK1的内向整流愈弱， K+外流愈快(正反馈)。
3期
3期
○泵
按任意键显示动画2
④４期（静息期，电舒张期）
电位变化： 稳定在－90mV 持续时间： 与心率有关 形成机制：离子转运机制增强
Na+-K+泵
Na+ -Ca2+交换体
Ca2+泵
3︰2
3︰1
少量Ca2+出胞
（活动时间持续 强度可调 ）
相对不应期
超常期
2、影响兴奋性的因素
(1)RP(最大复极电位)的水平： RP↑→距阈电位远→需刺激阈值↑→兴奋性↓ RP↓→距阈电位近→需刺激阈值↓→兴奋性↑
细胞【K+】 实验时
(2)阈电位的水平： （为少见的原因）
上移→RP距阈电位远→需刺激阈值↑→兴奋性↓ 下移→RP距阈电位近→需刺激阈值↓→兴奋性↑
Cl-
Na+
Cl-
Na+
Lipid bilayer membrane
2.心室肌细胞AP的形成机制：
（1）去极化过程（0期）
电位变化：－90→+30mV 持续时间：1～2ms 形成机制：Na+内流（快通道，INa ）
0期
按任意键显示动画2
快Na+通道（INa ）的特点
①电压依赖性，激活电压：－70mV（再生性Na+内流）
(K+)
(Ca2+、Na+)
L型钙通道（慢通道）
阻断:Mn2+,
Ca2+拮抗剂(维拉帕米等)
IK通道 0期 —40mv激活 复极—50mv失活 按任意键显示动画2
2期
③３期（快速复极末期）
电位变化： 0→－90mV 持续时间： 100~150ms 形成机制：K+外流(IK ,后期有IK1参与）
再生性复极：
低 钙 抽 筋
(3)形成０期去极化的离子通道的性状
快（慢）反应细胞产生０期去极化的Na+通道和Ca2+ 通道，都有静息、激活和失活三种状态。通道处于何种 状态则取决于当时的膜电位以及有关的时间进程。
慢反应细胞（slow response cell）——
由慢Ca2+通道开放引起缓慢去极化的心肌细胞。
包括：窦房结细胞、房室交界区细胞
（2）复极化过程（3期）
3期：慢钙通道（Ica-L型）渐失活 + 激活钾通道（IK）
→ Ca2+内流↓+ K+外流的逐渐增加→ 最大复极电位。
3期 按任意键显示动画1、2
②激活开放快，失活关闭快，去极化-70mv—<1ms--0mv ③对河豚毒不敏感
Na+通道阻断剂…..心律失常
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。 包括：心房肌、心室肌、浦肯野细胞
快反应动作电位
（2）复极化过程（1、2、3期）
①１期（快速复极初期）
7.4
10 mM 140 mM ~50 nM
4 mM 58 mM 10 mM 2 mM 75 mM
7.0
Na+
ATP K+
ClK+
Cl- Na+ K+
Cl-
Na+
A Cell
Na+
Cl-
Na+
Cl-
Na+
K+ Cl-
K+
K+
Cl-
Cl-
Cl-
K+
K+
ClCl-
Cl-
K+
Cl- Na+ Cl-
Na+
（二）自律细胞的跨膜电位及其产生机制
自律细胞的共同特点：AＰ的 4 期不稳定 （可发生缓慢的自动去极化）
４期形成机制：进行性增强的净内向电流
原因： ①内向电流逐渐增强 ②外向电流逐渐减弱 ③二者兼有
1、窦房结 P细胞
（1）去极化过程（0期）
I K+1通道 Na+通道少
Ca2+内流( ICa-L )， 膜去极达－40mv时开放
——快反应自律细胞
2、浦肯野细胞
4期形成机制
①逐渐衰减的 IK （弱） ②逐渐增强的 If （起搏电流，强，为主）
主要是Na+内 流
二、心肌的电生理特性
心肌细胞的四大生理特性：
兴奋性（excitability） 传导性（conductivity）
电生理特性
自律性（autorhythmicity）
评价你的 心功能
复习
泵血过程
发现问题
第二节 心脏的生物电活动和生理特性
心肌细胞分类
工作细胞
心房肌 具兴奋性、传导性、 心室肌 收缩性，无自律性。
快反应细胞 慢反应细胞
自律细胞
窦房结细胞 浦肯野细胞
房室结细胞
具兴奋性、传导性、自律性， 收缩性基本丧失
有兴奋性，传导性差， 无自律性和制
（3）自动去极化过程（4期）
三种起搏离子流
（一种外向、两种内向）
K+
① IK —逐渐衰减的K+外流 阻断剂
（基础离子流 ）
甲磺酰苯胺类
Na+ Ca2+
② If —进行性增强的Na+内流 铯 ③ ICa-T —后期激活的Ca2+内流 镍
2、浦肯野细胞
AＰ的特点
① 0、1、2、3期与心室肌相似，但时程长(约400ms) ②最大复极电位－90mV，阈电位－70mV ③4期不稳定，可自动除极化，达阈电位后自动兴奋(AP)
Ions and Cells
Extracellular fluid
Intracellular fluid
Na+ K+ Ca+2 Mg+2 ClHCO3SO4-2
Phosphates
pH
140 mM 4 mM 2.4 mM 1.2 mM
103 mM 28 mM 1 mM 4 mM
收缩性（contractility）
机械特性
（一）兴奋性
1、兴奋性的周期性变化 心肌细胞每次兴奋,其膜通道存在备用状态、激
活、失活和复活过程；其兴奋性也随之发生相应 的周期性改变。
（1）有效不应期（ERP）
绝对不应期（ARP） 局部反应期：
（2）相对不应期（RRP）
（3）超常期（SNP）
局部反应期
电位变化： +30→0mV 持续时间： 10ms （与０期合称为锋电位） 形成机制： K+外流（一过性外向电流 Ito ）
一过性外向电流 Ito通道: K+等
-30mv开放 5—10ms
1期
按任意键显示动画 2
②２期（平台期）
电位变化： 0mV
持续时间： 100~150ms
形成机制：外向离子流(IK)≈内向离子流(ICa-L )
（一）工作细胞的跨膜电位及其产生机制
（以心室肌细胞为例）
1．心室肌细胞RP形成机制
（1）幅度：-90mV(较骨骼肌细胞、神经细胞大)。
（2）机制：=K+平衡电位
条件： ① 膜两侧存在浓度差：
[K+]i ＞ [K+]o＝28∶1
[Na+]i ＜[Na+]o＝ 1∶13
②膜通透性具选择性： K+/Na+＝100/1
随着膜复极的进行， 膜内电位愈负, IK1的内向整流愈弱， K+外流愈快(正反馈)。
3期
3期
○泵
按任意键显示动画2
④４期（静息期，电舒张期）
电位变化： 稳定在－90mV 持续时间： 与心率有关 形成机制：离子转运机制增强
Na+-K+泵
Na+ -Ca2+交换体
Ca2+泵
3︰2
3︰1
少量Ca2+出胞
（活动时间持续 强度可调 ）
相对不应期
超常期
2、影响兴奋性的因素
(1)RP(最大复极电位)的水平： RP↑→距阈电位远→需刺激阈值↑→兴奋性↓ RP↓→距阈电位近→需刺激阈值↓→兴奋性↑
细胞【K+】 实验时
(2)阈电位的水平： （为少见的原因）
上移→RP距阈电位远→需刺激阈值↑→兴奋性↓ 下移→RP距阈电位近→需刺激阈值↓→兴奋性↑
Cl-
Na+
Cl-
Na+
Lipid bilayer membrane
2.心室肌细胞AP的形成机制：
（1）去极化过程（0期）
电位变化：－90→+30mV 持续时间：1～2ms 形成机制：Na+内流（快通道，INa ）
0期
按任意键显示动画2
快Na+通道（INa ）的特点
①电压依赖性，激活电压：－70mV（再生性Na+内流）
(K+)
(Ca2+、Na+)
L型钙通道（慢通道）
阻断:Mn2+,
Ca2+拮抗剂(维拉帕米等)
IK通道 0期 —40mv激活 复极—50mv失活 按任意键显示动画2
2期
③３期（快速复极末期）
电位变化： 0→－90mV 持续时间： 100~150ms 形成机制：K+外流(IK ,后期有IK1参与）
再生性复极：
低 钙 抽 筋
(3)形成０期去极化的离子通道的性状
快（慢）反应细胞产生０期去极化的Na+通道和Ca2+ 通道，都有静息、激活和失活三种状态。通道处于何种 状态则取决于当时的膜电位以及有关的时间进程。
慢反应细胞（slow response cell）——
由慢Ca2+通道开放引起缓慢去极化的心肌细胞。
包括：窦房结细胞、房室交界区细胞
（2）复极化过程（3期）
3期：慢钙通道（Ica-L型）渐失活 + 激活钾通道（IK）
→ Ca2+内流↓+ K+外流的逐渐增加→ 最大复极电位。
3期 按任意键显示动画1、2
②激活开放快，失活关闭快，去极化-70mv—<1ms--0mv ③对河豚毒不敏感
Na+通道阻断剂…..心律失常
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。 包括：心房肌、心室肌、浦肯野细胞
快反应动作电位
（2）复极化过程（1、2、3期）
①１期（快速复极初期）
7.4
10 mM 140 mM ~50 nM
4 mM 58 mM 10 mM 2 mM 75 mM
7.0
Na+
ATP K+
ClK+
Cl- Na+ K+
Cl-
Na+
A Cell
Na+
Cl-
Na+
Cl-
Na+
K+ Cl-
K+
K+
Cl-
Cl-
Cl-
K+
K+
ClCl-
Cl-
K+
Cl- Na+ Cl-
Na+
（二）自律细胞的跨膜电位及其产生机制
自律细胞的共同特点：AＰ的 4 期不稳定 （可发生缓慢的自动去极化）
４期形成机制：进行性增强的净内向电流
原因： ①内向电流逐渐增强 ②外向电流逐渐减弱 ③二者兼有
1、窦房结 P细胞
（1）去极化过程（0期）
I K+1通道 Na+通道少
Ca2+内流( ICa-L )， 膜去极达－40mv时开放
——快反应自律细胞
2、浦肯野细胞
4期形成机制
①逐渐衰减的 IK （弱） ②逐渐增强的 If （起搏电流，强，为主）
主要是Na+内 流
二、心肌的电生理特性
心肌细胞的四大生理特性：
兴奋性（excitability） 传导性（conductivity）
电生理特性
自律性（autorhythmicity）
评价你的 心功能
复习
泵血过程
发现问题
第二节 心脏的生物电活动和生理特性
心肌细胞分类
工作细胞
心房肌 具兴奋性、传导性、 心室肌 收缩性，无自律性。
快反应细胞 慢反应细胞
自律细胞
窦房结细胞 浦肯野细胞
房室结细胞
具兴奋性、传导性、自律性， 收缩性基本丧失
有兴奋性，传导性差， 无自律性和制
（3）自动去极化过程（4期）
三种起搏离子流
（一种外向、两种内向）
K+
① IK —逐渐衰减的K+外流 阻断剂
（基础离子流 ）
甲磺酰苯胺类
Na+ Ca2+
② If —进行性增强的Na+内流 铯 ③ ICa-T —后期激活的Ca2+内流 镍
2、浦肯野细胞
AＰ的特点
① 0、1、2、3期与心室肌相似，但时程长(约400ms) ②最大复极电位－90mV，阈电位－70mV ③4期不稳定，可自动除极化，达阈电位后自动兴奋(AP)