生物电现象的发现及心肌细胞的生物电现象
心脏电生理学基础
心肌细胞膜内外离子的不均匀分布 源于细胞膜中存在着一种------钠－钾泵结构(简称钠泵)， 是镶嵌在细胞膜中的一种特殊蛋白质(Na+－K+依赖式ATP酶)， 作用是分解ATP使之释放能量，并利用此能量将细胞内的Na+逆浓度转移至细胞外，同时把细胞外的K+度转移至细胞内，从而形成和维持细胞内高K+细胞外高Na+的不均匀的离子分布状态。 ;
除极化过程“0”时相是动作电位的主要部分，也就是“兴奋”（扩布性兴奋)。 膜电位的急剧变化起一种“引发”作用， 可以引起细胞的其他机能活动， 如肌细胞的收缩 腺细胞的分泌 兴奋的传导等。
除极化(“0”时相)主要是钠内流形成， 受到膜对Na+的通透性 膜内外钠的浓度差 电位差(静息电位)的影响。 膜外Na+的通透性降低，膜内外的钠浓度差或静息电位减少，均可使“0”时相除极化的幅度和速度降低。 “0”时相的后期还有钙电流成分在内。 钙电流是慢电流(Isi),也有快成分。钙电流由Ca2+携带，从Ca2+通道内流，Ca2+通道的开放始于“0”时相，但在“0”时相动作电位中辨认不出钙电流。
静息电位的形成原理
浓差电势有抵制K+继续外流的作用，随着K+外流的增多，浓差电势继续增大，它阻止K+扩散的力也愈大。当驱动K+外流的浓差电势能与阻止K+外流的电位差势达到平衡时，净的钾外流停止，膜电位保持相对稳定，此时即----------K+平衡电位， 所以静息电位主要是K+平衡电位组成。
形成原理
“0”时相的Na+内流:所经过的Na+通道称快钠通道或快通道，其离子电流称为快钠内向电流。 快钠通道不但激活开放速度快，而且失活也快，当膜除极到膜内的负度＜-60mV以后，于几毫秒之内即失活而关闭，中止了Na+继续内流。此时快钠通道尽管已关闭，但除极化仍在进行，在快通道开放时大量流入细胞内的Na+内流电流，其电荷平衡在当时还来不及表现出来，需要以后慢慢的表现。快钠通道失活后，膜电位需要复极做到膜内电位绝对值＞-60mV以上，Na+通道才恢复到能再被激活开放的备用状态(或静息状态)。 Na+通道的恢复过程称复活。 快Na+通道是电压依从性通道，可被河豚毒阻断。 由于快Na+通道激活开放速度快，Na+内流快，故心肌细胞”0”时相除极速度快，动作电位升肢陡峭。
心肌细胞生物电
心肌细胞生物电
心肌细胞生物电是指在心肌细胞内产生的电信号。
心肌细胞内存在着许多离子通道和离子泵，它们通过控制离子的流动来产生电信号。
心肌细胞生物电的变化可以反映心脏的功能状态，因此对于心脏疾病的诊断和治疗具有重要意义。
在心肌细胞内，钠离子和钙离子的内流以及钾离子的外流是产生电信号的主要机制。
心肌细胞的动作电位可以分为快速反应和慢速反应两种类型，它们的特点和机制不同。
在快速反应中，钠离子通道起主要作用，电位迅速升高并迅速下降，这是心肌细胞收缩的基础。
而在慢速反应中，钙离子通道和钾离子通道起主要作用，电位升高和下降的速度都比较缓慢，这是心肌细胞舒张的基础。
心肌细胞生物电的变化可以通过心电图来观察和记录。
心电图可以反映心脏的节律和传导功能，对于心脏疾病的诊断和治疗有很大的帮助。
在临床上，常用的心电图检查包括常规心电图、动态心电图、静态心电图和心脏负荷试验等。
此外，心电图还可以用于观察心肌梗死、心肌缺血等疾病的程度和范围。
总之，心肌细胞生物电是心脏正常功能的基础，对于心脏疾病的诊断和治疗有着重要的意义。
通过心电图的检查和分析，可以更好地了解心脏的状况，为临床治疗提供指导和帮助。
- 1 -。
心肌的生物电现象和
离子跨膜运输原理
心肌细胞膜对离子的选择性通透
心肌细胞膜上的离子通道和离子泵对特定离子具有选择性通透作用，使得细胞 内外的离子浓度存在差异。
离子浓度梯度与电化学驱动力
离子在浓度梯度和电化学驱动力的作用下，通过离子通道进行跨膜运输，形成 心肌细胞的生物电现象。
心肌细胞除极与复极过程
除极过程
心肌细胞在静息状态下，细胞膜内外存在电位差。当受到刺 激时，细胞膜上的钠离子通道开放，钠离子内流，导致细胞 膜电位发生变化，形成动作电位的上升支，即除极过程。
将光学标测技术与传统电生理技术相结合，可更全面地了解心肌电活动的时空变化特征。
心脏再生医学中生物电问题探讨
心肌细胞再生与生物电活 动的关系
心肌细胞再生过程中，生物电活动的恢复是 关键环节之一，需要深入探讨其机制。
生物电活动对心肌再生的影 响
生物电活动可通过影响心肌细胞的增殖、分化、迁 移等过程，进而影响心肌再生效果。
心肌缺血时，心肌细胞因缺氧而发生代谢障碍，导致生物 电活动出现异常，如ST段改变、T波倒置等。
要点二
生物电异常加重心肌缺血
生物电异常会进一步加重心肌缺血，形成恶性循环，严重 时可能导致心肌梗死等严重后果。
心肌肥厚与生物电改变
心肌肥厚伴随生物电改变
心肌肥厚是心脏对长期压力或容量负荷增加的适应性 反应，此过程中伴随着心肌细胞生物电活动的改变。
心律失常
折返激动是引发心律失常的重要原因之一。 当折返激动发生时，心脏的正常电生理顺序 被打乱，可能导致心脏收缩的协调性和效率 降低，进而引发各种类型的心律失常。
心肌生物电传播异常表现
01
传导阻滞
传导阻滞是指心肌组织中电信号传导的暂时性或永久性中断。这种异常
心脏的生物电现象
2
心脏病监测
心电图可用于监测心脏病患者的状况变化，指导治疗和调整药物用量。
3
运动心电图
运动心电图可以评估心脏在运动状态下的反应，检测体育运动员的运动耐受性。
保持心脏健康
1 健康饮食
2 规律运动
均衡的饮食，富含蔬菜、水果和全谷物， 有助于维持心脏健康。
每周进行适度的有氧运动，如快走或游 泳，有助于锻炼和强化心脏。
3 戒烟限酒
4 保持心理健康
戒烟和限制饮酒，有助于减ห้องสมุดไป่ตู้心脏病发 作和其他心脏问题的风险。
积极管理压力和情绪，保持健康的心理 状态对心脏健康至关重要。
结论
心脏的生物电现象对我们了解心脏功能和健康至关重要。通过心电图的分析，可以早期发现心脏 的异常和疾病，帮助我们采取相应的预防和治疗措施，保持心脏的健康。
3
心肌细胞
心肌细胞是心脏中最重要的细胞类型，它们会在受到电信号刺激时发生收缩，推 动血液循环。
心电图的解读
心率
心电图可以测量心脏的心率，即每分钟心脏搏动的次数。
心律
心电图可以分析心脏的心律，即心脏搏动的规律性和节奏。
心脏健康
心电图可以检测心脏的健康状况，如心脏肥大、心肌缺血和心律失常。
心脏疾病的诊断
心脏的生物电现象
心脏的生物电现象是指心脏在工作过程中产生的电信号。这些信号可以通过 心电图来观察和记录，从而帮助我们理解心脏的功能和健康状况。
心脏的电流传导
1
起搏器细胞
起搏器细胞是心脏中的一种特殊细胞，它们会在一定的节律下产生电信号，引发 心脏的收缩。
2
传导组织
传导组织将电信号从起搏器细胞传递给心脏的其他部分，确保心脏的协调收缩。
生物电——精选推荐
生物电生物电的定义：生物体所呈现的电现象。
其主要基础是细胞膜内外有电位差，即膜电位。
安静时膜电位之值通常为数十毫伏，内负外正，称“静息电位”。
当细胞膜被损伤时，膜电位减少或损失。
当可兴奋细胞（如神经元或肌肉细胞）受刺激而传导冲动时，其膜电位发生急剧变化，暂时可变为内正外负，称“动作电位”。
脑和心脏等器官所表现的复杂电变化，是它们的组成细胞电变化的总和。
脑电图和心电图等可以反映这些器官的功能状态，在临床诊断上被广泛地应用。
生物电的发现科学家在探索生命奥秘的路途中，下面列出的几位为生物电的发现和证实作出了重要的贡献。
值得一提的是，从一个科学家所特有的敏感性和理性，早就有人认识到生命与电的同一性，也就是我们开始倡导的生命的电本质论。
刺激神经肌肉标本的神经干，虽然肉眼看不出变化，却可引起肌肉收缩，这说明刺激神经引起了神经的兴奋，而神经的兴奋是可传播的，传到肌肉引起肌肉兴奋而发生收缩。
这种可传播的神经的兴奋生理学称为神经的冲动。
肌肉收缩是神经冲动的间接表现。
神经冲动的直接表现是动作电位。
生理学家研究神经肌肉标本的动作电位已有一百多年的历史，而对生物电的研究还可以追溯到更早的时期。
公元前三百多年亚里士多德（Aristotle，公元前384—公元前322）观察到电鳐在捕食时先对水中动物施加震击，使之麻痹。
古希腊古罗马人曾用黑电鳐的震击治疗风痛、头痛。
但是直到18世纪电学的一些基本规律被发现以后，人们才逐步认识动物放电的性质。
1769年E．N．Boncroft指出电鳐和电鲇都能放电，并将它们的放电力与莱顿瓶组的放电力相比较。
1772年J．Walsh发现了电鲇放电的部位。
不过那时对动物电的认识只限于少数几种电鱼，并不了解其他的动物体内也有电。
1791年是一个转折点，这一年Luigi Galvani（1737—1798）出版了他的名著《Commentary》，指出神经具有内在形式的电。
1786年Galvani发现，如用两种金属组成的回路把新制备的蛙的神经肌肉连接起来，马上会使肌肉搐搦、抖动。
4、心肌细胞的生物电现象
心肌细胞的电生理学分类
• 据心肌细胞动作电位的电生理特征（特别 是0除极速率） • 快反应细胞包括：心房肌、心室肌和蒲肯 野细胞，其动作电位特点是：除极快、波 幅大、时程长。快反应电位 • 慢反应细胞包括窦房结和房室交界区细胞， 其动作电位特点是：除极慢、波幅小、时 程短。慢反应电位
心肌生理特性
• • • • • 自律性 兴奋性 传导性 收缩性 前三者为心肌的电生理特性，收缩性是心 肌的一种机械特性。它们共同决定着心脏 的活动。
自律性
• 组织细胞能够在没有外来刺激的条件下， 自动发生节律性兴奋的特性。 • 衡量指标：自动兴奋的频率。
• 正常情况下，窦房结的自律性最高，100次/分。 它自动产生的兴奋依次激动心房肌、房室交界、 房室束及其分支和心室肌，引起整个心脏兴奋和 收缩。由于窦房结是正常心脏兴奋的发源地，又 是统一整个心脏兴奋和收缩节律的中心，故称为 心脏的正常起搏点。故由窦房结控制的心跳节律， 称为窦性节律。而正常情况下，窦房结以外的心 脏自律组织因受窦房结兴奋的控制，不表现其自 律性，故称为潜在起搏点。
心室肌细胞跨膜电位及其产生机理
• 1．静息电位：心室肌细胞在静息时，细胞膜处于内正外负的极化状 态，其主要由K+ 外流形成。 • 2．动作电位：心室肌动作电位的全过程包括除极过程的0期和复极过 程的1、2、3、4等四个时期。 • 0期：心室肌细胞兴奋时，膜内电位由静息状态时的-90mV上升到 +30mV左右，构成了动作电位的上升支，称为除极过程（0期）。它 主要由Na+内流形成。 • 1期：在复极初期，心室肌细胞内电位由+30mV迅速下降到0mV左右， 主要由K+ 外流形成。 • 2期：1期复极到0mV左右，此时的膜电位下降非常缓慢它主要由 Ca2+内流和K+ 外流共同形成。 • 3期：此期心室肌细胞膜复极速度加快，膜电位由0mV左右快速下降 到-90mV，历时约100~150ms。主要由K+的外向离子流（Ik1和Ik、Ik 也称Ix）形成。 • 4期：4期是3期复极完毕，膜电位基本上稳定于静息电位水平，心肌 细胞已处于静息状态，故又称静息期。Na+、 Ca2+ 、K+的转运主要 与Na+--K+泵和Ca2+泵活动有关。关于Ca2+的主动转运形式目前多 数学者认为：Ca2+的逆浓度梯度的外运与Na+顺浓度的内流相耦合进 行的，形成Na+- Ca2+交换。
心肌细胞的生物电现象
5
—心传导系， 主要包括窦 房结P细胞和 哺肯野细胞。 —普通心肌 细胞，不具 自动节律性。
一、工作细胞的跨 膜电位
一．静息电位 静息电位-90mV。 K+平衡电位。 一．动作电位 常用0、1、2、3、4期
代表心室肌细胞动作电 位的各个时期。
K+的一过性外 向电流。
（1）除极过程 又称0期，占1-2ms。 Na+快速内流 （2）复极过程 包括三个阶段： 1期复极 膜内电位由+30mV迅速下降到0mV左右，习
4期又称为静息期。
肌膜上Na+-K+泵从细胞内排出多余的 Na+和Ca2+，并摄入K+。
二、自律细胞的跨膜电位
心室肌（A）与窦房结（B）细胞跨膜电位的比较
一．窦房结细胞 动作电位复极后出现明显的
4期自动除极。 窦房结细胞的最大复极电位
（-70mV）和阈电位（40mV）。
0期除极结束时，膜内 电位为0mV左右
惯上常把这两部分合称为锋电位。
3期复极是快速K+外流。
2期复极 非常缓慢，又称为平台期，持续约100-150ms。 同时有Ca2+内向电流和K+外向电流。 3期复极 细胞膜复极速度加快，膜内电位由0mV左右较快地下降到-
90mV，完成复极化过程，占时约100-150ms 。
4期：
4期是膜复极完毕、膜电位恢复后的时 期。
1
下次课讨论：
心传系、自主神经与心肌工作细胞的结合
复极初期，K+通道被激活， 出现K+外流。
Ca2+内流的逐渐减少和 K+外流的逐渐增加，膜便 逐渐复极。
由“慢”通道所控制、由 Ca2+内流所引起的0期除 极，是窦房结细胞动作电 位的主要特征。
生物电现象举例
生物电现象举例生物电现象是指在生物体内产生的电流、电场和电压等现象。
生物电现象在生物学中起着重要的作用，例如在肌肉的收缩过程中，神经细胞的传导过程中，心脏起搏过程中等都与生物电现象密切相关。
以下是一些生物电现象的具体例子：1. 心脏电活动：心脏是由心肌细胞组成的，这些细胞在兴奋时会产生电位差，从而形成一系列心脏电活动。
其中最重要的是心脏起搏过程，即心脏在没有外界刺激下自主地产生心脏电活动，从而推动心脏肌肉进行有序的收缩和舒张。
心脏电活动可以通过心电图进行监测和记录，用于诊断心脏疾病和评估心脏功能。
2. 神经传导：神经细胞是生物体内传递信息的重要组织，其传导过程就是通过电信号的形式完成的。
当神经细胞受到外界刺激时，会产生电位差，从而引起神经冲动的传导。
这些神经冲动可以通过神经纤维传递到其他细胞或器官，从而实现生理功能的调节和控制。
3. 肌肉收缩：肌肉是由肌肉纤维构成的，当肌肉受到神经冲动刺激时，会产生电位差，从而引起肌肉收缩。
这种生物电现象是肌肉运动的基础，通过调控肌肉细胞内的电位差，可以控制肌肉的收缩和松弛，完成各种运动功能。
4. 脑电活动：大脑是人类最复杂的器官之一，其中包含了大量的神经元和突触连接。
当大脑神经元兴奋时，会产生电位差，从而形成脑电活动。
这种活动可以通过脑电图进行监测和记录，用于研究大脑功能和认知过程。
5. 细胞膜电位：细胞膜是细胞内外环境的分界线，其中含有大量的离子通道和离子泵。
当细胞兴奋或受到刺激时，会发生细胞膜电位的变化，从而引起细胞内外的离子流动和信号传导。
这种生物电现象在细胞的代谢、分化和信号传导中起着重要作用。
总之，生物电现象是生物体内一种重要的生理现象，它反映了生物体内各种细胞和组织之间的相互作用和调节。
通过深入研究生物电现象，可以更好地理解生命的奥秘，揭示生物体内各种生理功能的机制和规律。
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生物电现象的发现及心肌细胞的生物电现象
一、关于生物电现象的研究
人类发现生物电现象，可追溯到公元前三世纪有关地中海电鳐等具有强烈震击。
直到十八世纪三十年代，才真正开始对生物电现象进行观察和研究。
1731年，英国人Gray.S.首先提出人体是可以带电的。
但在当时的条件下无法用实验来证明。
十八世纪末，意大利的医生和生理学家Galvani.A.在实验中发现，用金属导体连接蛙腿的神经和肌肉，肌肉就会收缩。
科学家们开始研究探讨，然而直接证明生物组织本身是否带电，是在使用了电流计之后才有可能。
电流计的发明使用，加速了生物电研究的进程，很快在肌肉、神经、甚至感官上都已证明确有生物电存在，并且在兴奋时这种电位会有波动。
对生物电现象的研究，是在研究生命的基本特征——兴奋性的过程中逐步展开的。
早在十九世纪中后期生理学家应用离体青蛙或蟾蜍的神经肌肉标本进行实验时，施加机械性或适当的电刺激后，肌肉则随之表现机械收缩。
人们就将这种能的记载力称为兴奋性。
实际上，几乎所有生物的活组织或细胞都具有某种程度的对外界刺激发生反应的能力，并将其广泛称为应激性。
兴奋性与应激性相比，使用范围就比较狭窄了，一般仅用于生理学中。
随着实验技术的发展，大量的实验表明：细胞处于兴奋状态时，尽管有不同的外部表现，但都有一个共同的、最先出现的反应，即受到刺激的细胞膜部分，膜两侧出现了一个特殊形式的电变化——动作电位，肌肉收缩、分泌活动等外部反应实为细胞膜动作电位进一步触发后产生，并且产生于受刺激部位的动作电位可沿着整个细胞膜扩散。
故而兴奋性重新被认为是细胞受到刺激时产生动作电位的能力。
动作电位就是生物电的表现形式之一，另外还有静息电位、局部电位等。
经前人研究总结，所谓静息电位就是细胞处于安静状态下（未受刺激时）膜内外的电位差。
表现为膜外相对为正而膜内相对为负；所谓动作电位就是可兴奋组织或细胞受到
阈上刺激时，在静息电位基础上发生的快速、可逆转、可传播的细胞膜两侧的电变化。
近几十年来，由于对细胞和生物膜电生理的广泛研究，心肌电生理方面从五十年代记录出单根心肌纤维的静息和动作电位开始到现在，在这方面的研究已经有了很大的发展，下面就针对心肌细胞的生物电现象展开说明。
二、心肌细胞的生物电现象
组成心脏的心肌细胞并不是同一类型的，根据它们的组织学特点、电生理特性以及功能上的区别，粗略地分为两大类型：两类心肌细胞分别实现一定的职能，互相配合，完成心脏的整体活动。
一类是普通的心肌细胞，包括心房肌和心室肌，含有丰富的肌原纤维，执行收缩功能，故又称为工作细胞。
另一类是一些特殊分化了的心肌细胞，组成心脏的特殊传导系统；其中主要包括P细胞和哺肯野细胞，它们除了具有兴奋性和传导性之外，还具有自动产生节律性兴奋的能力，故称为自律细胞，它们含肌原纤维甚小或完全缺乏，故收缩功能已基本丧失。
还有一种细胞位于特殊传导系统的结区，既不具有收缩功能，也没有自律性，只保留了很低的传导性，是传导系统中的非自律细胞，特殊传导系统是心脏内发生兴奋和传播兴奋的组织，起着控制心脏节律性活动的作用。
心肌细胞具有三大电生理特性，包括兴奋性、自律性和传导性。
而这三大特性都与细胞内外离子运动情况有很大的关系。
心肌细胞的生物电现象也包括静息电位和动作电位。
下面就两者展开具体讨论：
1.心肌细胞的静息电位
对于一般的心肌细胞而言，其静息电位的形成机制主要是K+的扩散。
静息时，膜对K+的通透性较高，膜内的K+即因浓度差造成的扩散力而外流。
CL-虽然也存在浓度差但是由于在向膜内扩散时会受到膜内电场力的排斥作用，通透量不大，并且在该状态时，可以认为Na+几乎不通透。
总的结果膜外聚集较多的正离子，膜内为较多的负离子, 正、负电荷相互吸引使膜处于外正内负的极化状态。
以哺乳类心室肌而言，其静息电位约为-90毫伏。
在心肌细胞中也有个别较为特殊的细胞。
如窦房结等慢反应细胞的膜电位没有静息期，在一般情况下把其最大舒张压当做静息电位的参考。
但在特殊处理以
后也可测得其静息电位，比心室肌等快反应细胞的要小的多，其中可能的原因是窦房结对Na+的通透性较高。
2.心肌细胞的动作电位
心肌细胞动作电位的产生和心肌细胞膜上存在的一些特异性离子通道有密切关系。
通道的开闭能够控制有关离子的进出，从而控制其电导，影响膜内外离子的流动，产生各种离子电流。
并不是所有的心肌细胞的动作电位的发生是相同的，即各种心肌细胞兴奋时的离子电流活动情况不完全相同，因此动作电位的高度与形式也有差别。
如窦房结、房室交界动作电位的峰值较低。
上升到峰值的速度也比较慢。
心房肌与心室肌尤其是浦氏纤维的动作电位峰值较高，上升的速度也比较快。
一般来说，典型的心肌细胞动作电位可分为5个时期：O期，即除极期，1期，即快速复极初期，2期，即缓慢复极期，3期，即快速复极末期，4期，即静息期。
三、研究心肌细胞的生物电现象的实际意义
心肌细胞在静息和活动时伴有生物电（又称跨膜电位）变化。
研究和了解心肌的生物电现象对进一步理解心肌生理特性具有重大意义。
心房和心室不停歇地进行有顺序的、协调的收缩和舒张交替的活动，是心脏实现泵血功能、推动血液循环的必要条件，而细胞膜的兴奋过程则是触发收缩反应的始动因素。
因此，首先了解心肌细胞的生物电现象，然后，根据生物电现象就能够分析心肌兴奋和兴奋传播的规律和生理意义。
在近几年的研究中发现，除机械敏感通道开放产生的电流外, 人心肌细胞膜约有15 种以上电流源, 其中一种发生变化即可明显影响心脏的活动或药物的作用。
另外, 游离心肌细胞的电活动变化能否代表完整心脏(病变或健康)变化亦不清楚。
这些均有待于进一步研究。
且随着分子生物技术的发展, 不仅N a+ , K+ 及Ca2+ 通道的克隆已成为现实, 且能建立可永久表达一种或几种离子通道亚单位或和特异性膜受体的细胞株以供药理学研究。
根据特异性探针对正常与病变心肌细胞中某一离子通道或受体的mRNA 进行定量亦成为可能。
无疑, 电生理学与分子生物学的结合, 将为建立结构功能研究模型、探索心脏病理学机制、研制更多特效药物带来新的希望。
参考文献
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[4]李秀娟.心肌细胞药代动力学模型讨论初步.硕士学位论文
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