1、第四章第四章 血液循环血液循环blood circulation 生理学与神经生物学教研室生理学与神经生物学教研室 李爽李爽 第二节第二节 心脏生物电活动和生理特性心脏生物电活动和生理特性 心脏的主要功能是泵血，心脏的主要功能是泵血，7070岁一生泵血岁一生泵血160000m160000m3 3。心。心脏不断地有秩序的、协调的收缩与舒张，是实现泵血脏不断地有秩序的、协调的收缩与舒张，是实现泵血功能的必要条件，而心脏的这种功能是依赖于功能的必要条件，而心脏的这种功能是依赖于心肌细心肌细胞的生理特性：兴奋性、传导性、收缩性、自律性和胞的生理特性：兴奋性、传导性、收缩性、自律性和电生理特性电生理特性
2、。一、心肌细胞的类型一、心肌细胞的类型 工作细胞工作细胞：有兴奋性，传导性和收缩性，无有兴奋性，传导性和收缩性，无自律性，如心房肌和心室肌自律性，如心房肌和心室肌 自律细胞自律细胞：有兴奋性，传导性和自律性，无有兴奋性，传导性和自律性，无收缩性，如窦房结细胞和浦肯野细胞收缩性，如窦房结细胞和浦肯野细胞 二、心肌细胞的二、心肌细胞的 静息电位静息电位(resting potential,RP)动作电位动作电位(action potential,AP)（一）心室肌（一）心室肌RPRP和和APAP的形成机制的形成机制 (1)(1)幅度：幅度：-90mV90mV (2)(2)条件：膜两侧存在浓度差：条
3、件：膜两侧存在浓度差：K+iK+o35:1 Na+iNa+o1:14.5 膜通透性具选择性：膜通透性具选择性：K K+/Na/Na+100:1100:1 (3)(3)机制：静息状态下，对机制：静息状态下，对K K+的通透性远远大于对的通透性远远大于对NaNa+的的 通透性，通透性，E EK K构成静息电位的主要成分。构成静息电位的主要成分。(4)(4)结果：接近结果：接近EK，但比，但比EK略小（略趋向于略小（略趋向于ENa)。（是是EK、ENa和生电性和生电性Na+-K+泵的活动的综合反映）泵的活动的综合反映）2.2.心室肌细胞心室肌细胞RPRP的形成机制的形成机制 内向整流钾离子通道（内向
4、整流钾离子通道（I IK1K1）因为因为I Ik1k1通道对超级化时的通道对超级化时的k k内流比去极内流比去极化时的化时的k k外流具有更大通透性，所以叫内向外流具有更大通透性，所以叫内向整流整流k k通道。实质上在去极化介导通道。实质上在去极化介导k k外流外流(在在膜去极化到膜去极化到20mv20mv或更正时，或更正时，k k通过通过I Ik1k1的外的外流量已接近流量已接近0)0)I IK1K1通道对钾离子通透性因膜的去极化通道对钾离子通透性因膜的去极化而降低的现象，成为内向整流。而降低的现象，成为内向整流。2.2.心室肌细胞心室肌细胞APAP 的形成机制：的形成机制：刺激刺激 RPR
5、P 阈电位阈电位(-70mV)70mV)激活快激活快NaNa+通道通道 NaNa+再生式内流再生式内流 NaNa+平衡电位平衡电位(+30mV)(+30mV)期期 0 0期期 由快钠通道开放、引起快速去极化的心肌由快钠通道开放、引起快速去极化的心肌细胞称为细胞称为快反应细胞。快反应细胞。由快反应细胞产生的动作电位称由快反应细胞产生的动作电位称快反应动快反应动作电位。作电位。快快NaNa+通道失活通道失活 +激活激活ItoIto通道通道 K K+一过性外流一过性外流 快速复极化快速复极化 1 1期（快速复极初期）期（快速复极初期）理早早早早早早理早早早早早早 0 0期去极达期去极达-40mV40
6、mV时时 已激活慢已激活慢CaCa2+2+通道通道 +Ik Ik 通道激活通道激活 CaCa2+2+缓慢内流与缓慢内流与K K+外流处于平衡状态外流处于平衡状态 缓慢复极化缓慢复极化 2 2期（平台期）期（平台期）慢慢CaCa2 2+通道通道：激活与失活比：激活与失活比NaNa+通道慢通道慢，特异性不高特异性不高，阻阻断剂：断剂：MnMn2 2+和多种和多种CaCa2 2+阻断剂阻断剂 延迟整流钾离子通道延迟整流钾离子通道 慢慢CaCa2+2+通道失活通道失活 +Ik Ik 通道通透性增加通道通透性增加 K K+再生式外流再生式外流 快速复极化快速复极化 至至RPRP水平水平 3 3期（快速复
7、极末期）期（快速复极末期）因膜内因膜内NaNa+和和CaCa2+2+升高升高,而膜外而膜外KK+升高升高 激活离子泵激活离子泵 泵出泵出NaNa+和和CaCa2+2+,泵入泵入K K+恢复正常离子分布。恢复正常离子分布。4 4期（静息期）期（静息期）小结：心室肌小结：心室肌RPRP和和APAP的形成机制的形成机制 工作细胞工作细胞 自律细胞自律细胞 工作细胞和自律细胞跨膜电位工作细胞和自律细胞跨膜电位 (二二)窦房结细胞窦房结细胞(慢反应自律细胞慢反应自律细胞)的的RP和和AP的形成机制的形成机制 0 0期：当期：当4 4期自动去极期自动去极化达到阈电位化达到阈电位激活激活L L型型CaCa2
8、+2+通道（慢钙通道）通道（慢钙通道）Ca Ca2+2+内流内流(I(ICaCa-L L)00期去极化。期去极化。0 0期期 由慢钙通道开放引起缓慢去极化的心肌细由慢钙通道开放引起缓慢去极化的心肌细胞称为胞称为慢反应细胞。慢反应细胞。由慢反应细胞产生的动作电位称由慢反应细胞产生的动作电位称慢反应动慢反应动作电位。作电位。3 3期：慢钙通道期：慢钙通道(I(ICaCa-L L型型)逐渐失活逐渐失活 +激活激活钾通道（钾通道（I IK K）CaCa2+2+内流内流+K+K+外流的逐外流的逐渐增加渐增加3 3期膜电位期膜电位逐渐复极化。逐渐复极化。内向电流内向电流 外相电流外相电流 4 4期：期：K
9、 K+递减性外递减性外流流(I(IK K)+NaNa+递增递增性内流（性内流（I If f）+CaCa2+2+内流（内流（I ICaCa-T T型型钙通道激活）钙通道激活）缓慢自动去极化缓慢自动去极化 小结：慢反应自律细胞的电位形成机制小结：慢反应自律细胞的电位形成机制 复极化至复极化至-60mV60mV时时 I If f 通道递增性激活通道递增性激活 3 3期末期末I Ik k通道通道 递增性失活递增性失活 自动去极自动去极CaCa2+2+通道（通道（T T型）开放型）开放 K K+递减性外流递减性外流 NaNa+递增性内流递增性内流 CaCa2+2+内流内流 自自 动动 去去 极极 达达
10、阈阈 电电 位（位（-40mV40mV）慢慢 CaCa2+2+通通 道（道（L L型）开型）开 放放 CaCa2+2+内内 流流 产产 生生 AP AP 的的 0 0 期期 注：注：I Ik k 失活失活I If f 激活激活6161，故，故4 4期自动去极期自动去极I If f作用不大；作用不大；但若在超极化时，但若在超极化时，4 4期自动去极期自动去极I If f的作用为主要离子流成分。的作用为主要离子流成分。自我启动自我启动 自我发展自我发展 自我终止自我终止 (三三)浦肯野细胞浦肯野细胞(快反应自律细胞快反应自律细胞)的电位的电位 1.1.机制：机制：0 0、1 1、2 2、3 3期：
11、与心室肌细胞基本相似。期：与心室肌细胞基本相似。4 4期：期：递增性递增性NaNa+为主的内向离子流为主的内向离子流(I If f)+)+递递减性外向减性外向K K+电流电流所引起的自动去极化。所引起的自动去极化。2.2.特点：特点：(1)(1)0 0期去极化速快，幅度大。期去极化速快，幅度大。(2 2)4 4期自动去极化速度比窦房结细胞的慢期自动去极化速度比窦房结细胞的慢，故自律性低故自律性低。小结：快反应自律细胞的电位形成机制小结：快反应自律细胞的电位形成机制 断断 3 3 期期 末末 K K+通通 道道 的的 递递 增增 性性 失失 活活 电电 位位 复复 极极 至至 -60mV 60m
12、V 时时 I If f 通通 道道 的的 递递 增增 性性 激激 活活 K K+递递 减减 性性 外外 流流 NaNa+递递 增增 性性 内内 流流 自自 动动 去去 极极 达达 阈阈 电电 位位 快快 N N+通通 道道 开开 放放 NaNa+再再 生生 式式 内内 流流 去去 极极 化化产产 生生 AP AP 的的 0 0 期期 当去极化电位至当去极化电位至-50mV50mV时时I If f 通道失活，自动去极化终止通道失活，自动去极化终止 自我启动自我启动 自我发展自我发展 自我终止自我终止 快反应自律细胞快反应自律细胞:0 0期期去极速率快去极速率快，4 4期有自动期有自动去极化去极化
13、。快反应非自律细胞快反应非自律细胞:0 0期去极速率快期去极速率快，4 4期无自期无自动去极化动去极化。慢反应自律细胞慢反应自律细胞:O O期期去极速率慢去极速率慢,4 4期有自动期有自动去极化去极化。三种心肌细胞三种心肌细胞APAP及其机制比较及其机制比较 窦房结窦房结 心室肌心室肌 浦肯野细胞浦肯野细胞 0期期 -400mV -9030mV -7030mV 去极较慢去极较慢 去极非常快去极非常快 去极非常快去极非常快 (慢慢Ca2+通道开放通道开放)(快快Na+通道内流通道内流)(快快Na+通道内流通道内流)1期期 +300mV 快速复极初期快速复极初期 同心室肌细胞同心室肌细胞 (K+经
14、经Ito通道外流通道外流)2期期 0mV 平台期平台期 同心室肌细胞同心室肌细胞 (K+外流外流Ca2+内流内流)3期期 0-60mV 0-90mV 复极复极 快速复极末期快速复极末期 同心室肌细胞同心室肌细胞 (K+外流外流)(K+外流外流)4期期 -60-40mV -90mV -90-70mV 自动去极化自动去极化 静息期静息期 自动去极化自动去极化 (K+外流进行性衰减外流进行性衰减+Ca2+内流内流)(K+平衡电位平衡电位)(Na+内流）内流）三、心肌的电生理特性三、心肌的电生理特性 兴奋性兴奋性 自律性自律性 传导性传导性 收缩性机械特性收缩性机械特性 细胞在受到刺激时产生兴奋的能力
15、。高兴奋性低 阈值 低兴奋性高（一）兴奋性（一）兴奋性 (excitability)(excitability)静息电位或最大复极电位水平静息电位或最大复极电位水平:RPRP距阈电位远距阈电位远需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性 RPRP距阈电位近距阈电位近需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性 1.1.影响兴奋性的因素影响兴奋性的因素 高血钾高血钾 低血钾低血钾 正常人血清钾浓度的范围为正常人血清钾浓度的范围为3.53.55.5mmol/L5.5mmol/L 阈电位水平（较少见）阈电位水平（较少见）上移上移RPRP距阈电位远距阈电位远需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性 下移下移RPRP距阈电位近距阈电
16、位近需刺激阈值需刺激阈值兴奋性兴奋性 0 0期去极化的离子通道性状：通道是否期去极化的离子通道性状：通道是否处于备用状态，是心肌是否具有兴奋性的前提，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。它取决于复极水平和前次兴奋后的时程。静息状态 钠通道的状态 激活状态 失活状态 静息（备用）静息（备用）（关）（关）激活激活（开）（开）失活失活（关）（关）复活复活 复活：通道从失活状态恢复到静息状态的过程复活：通道从失活状态恢复到静息状态的过程（1 1）有效不应期）有效不应期(effective refractory period,ERP)：绝对不应期绝对不应期（absolute refractory period,ARP）0 0期至期至3 3期复极化到期复极化到-55mV55mV：对任何刺激不发生任何反应对任何刺激不发生任何反应 局部反应期局部反应期（local response period）3 3期期-5555mVmV-60mV60mV，心肌对足够强度的刺激产生局部去心肌对足够强度的刺激产生局部去极化反应，但不能发生动作电位极化反应，但不能发生动作电位
