心脏电生理基础相关知识

心脏电生理基础相关知识第一节心肌细胞的生物电现象一、心肌细胞的分类根据组织学和生理学特点，可将心肌细胞分为两类。

1、普通心肌细胞包括心房肌和心室肌细胞，含有丰富的肌原纤维，具有兴奋性、传导性和收缩性，但一般不具有自律性。

这类心肌细胞具有稳定的静息电位，主要执行收缩功能，故又称为工作细胞。

2、自律细胞是一类特殊分化的心肌细胞，主要包括P细胞和浦肯野细胞，组成心脏的特殊传导系统。

这类细胞除了具有兴奋性、传导性外，大多没有稳定的静息电位，但可自动产生节律性兴奋，控制整个心脏的节律性活动。

由于很少含或完全不含肌原纤维，基本不具有收缩功能。

二、心肌细胞的跨膜电位及其形成机制心肌细胞膜内外的离子浓度不同（见表1-1-1），安静状态下细胞膜对不同离子的通透性也不同，这是心肌细胞跨膜电位形成的主要离子基础。

1、静息电位人类心室肌细胞的静息电位为－90 mV，其形成机制与静息时细胞膜对不同离子的通透性和离子的跨膜浓度差有关。

在静息状态下心室肌细胞膜上的内向整流Ik1通道开放，其通透性远大于其他离子通道的同透性，因此，K+顺其浓度梯度由膜内向膜外扩散，造成膜内带负电，膜外带正电，从而形成了膜内外的电位差。

这种在静息状态下，心肌细胞膜内外的电位差就称为膜的静息电位。

此时，心肌细胞处于极化状态。

2、动作电位刺激心室肌细胞使其兴奋，膜内外的电位就会发生突然转变，膜内电位由负电位转变为正电位，而膜外则由正电位转变为负电位。

这种膜电位的变化称为动作电位。

通常将心室肌细胞动作电位分为0期、1期、2期、3期、4期五个时相（图1-1-1）。

（1）去极化过程。

心室肌细胞的去极化过程又称动作电位0期。

心室肌细胞在外来刺激作用下，首先引起部分电压门控式Na+通道（INa通道）开放和少量Na+内流，造成细胞膜部分去极化。

当膜电位由静息水平（膜内－90mV）去极化到阈电位水平（膜内－70mV）时，细胞膜上INa通道的开放概率明显增加，于是Na+顺其浓度梯度和电位梯度由膜外快速进入膜内，使细胞膜进一步去极化，膜内电位迅速上升到正电位（＋30mV）。

由于这是一种快INa通道，激活的速度很快，开放时间约1ms，当细胞膜去极到0mV左右时，INa通道就开始失活关闭。

所以，0期很短暂，历时仅1~2ms，去极化幅度很大，为120mV。

此期相当于心电图上的R波上升支。

图1-1-1 心室肌细胞跨膜动作电位位相及离子变化示意图（2）复极化过程。

当心室肌细胞去极化达到顶峰时，由于INa通道的失活与关闭，立即开始复极。

但复极过程缓慢，历时200～300 ms，包括动作电位的1期、2期、3期三个阶段。

1期：又称快速复极初期。

此时，快INa通道已经失活，但同时激活一过性外向电流（Ito），从而使膜电位从＋30mV迅速复极到0mV，历时约10ms。

Ito通道是在膜电位去极化到－30mV被激活的，Ito的主要离子成分是K+ ，因此K+负载的Ito是心室肌细胞1期复极化的主要原因。

此期相当于心电图上的R波下降支，1期之末为J点。

0期和1期膜电位的变化速度都很快，在动作电位图形上形成尖峰状，故把0期和1期合称为峰电位。

2期：又称平台期或缓慢复极期。

在1期复极膜内电位达到0mV左右后，复极化过程变得相当缓慢，在动作电位图形上形成一平台，历时100~150ms，是心室肌细胞动作电位持续时间较长的主要原因。

平台期的形成主要是由于此时外向的延迟整流钾电流（IK）和内向的L型钙电流（ICa－L）同时存在，两者处于平衡状态所致。

此期相当于心电图S-T段。

3期：又称快速复极末期。

在2期复极末，膜复极速度逐渐加快，延续为3期复极。

在3期，细胞膜复极速度加快，这是由于此时L型钙通道已经失活关闭，内向离子流减弱，而K+ 通过平台期已经激活的Ik通道外流，且K+ 外向电流随时间而递增。

到3期末，外向的Ik1电流也增大，进一步加快过程，使膜内电位由0mV左右较快地下降到–90mV，完成复极化过程，历时约100~150ms。

此期相当于心电图上的T波。

从0期去极化开始到3期复极化完毕就是整个动作电位时间。

心室肌细胞的动作电位时间约200~300ms。

相当于心电图上的Q-T间期。

（3）静息期。

又称动作电位4期。

4期是心室肌细胞膜复极化完毕，膜电位恢复至静息电位的时期。

由于在动作电位期间有Na+ 和Ca2+ 流入细胞内及K+ 外流出细胞，因此，此期要通过细胞膜上的Na+- K+ 泵的主动转运，将3Na+ 运出细胞外和2K+ 运回细胞内。

同时通过Na+- Ca2+ 交换体和Ca2+ 泵，将Ca2+ 主动转运出细胞外，以恢复细胞内外各种离子的正常浓度梯度，维持心肌细胞的正常功能。

此期相当于心电图上的T-P（或T-R）段。

而自律细胞如窦房结P 细胞的动作电位曲线则大不一样。

对自律细胞而言，动作电位4期称为舒张期。

窦房结P细胞舒张期最大复极电位约为－70mV，当窦房结P细胞4期自动去极化达到阈电位水平（－40mV）时，激活细胞膜上的L型Ca2+ 通道，Ca2+ 缓慢的流入细胞内，导致0期去极化，使动作电位缓慢上升至0～+20mV，随即开始复极，但复极化过程分不清1、2期，而是从0期直接进入3期。

这是因为窦房结P细胞膜上很少表达Ito通道和缺乏Ik1通道，其复极主要依赖Ik通道来完成（图1-1-2）图1-1-2 窦房结P细胞4期去极化和动作电位发生示意图三、心肌细胞的电生理类型根据动作电位的特征及形成原理，可将心肌细胞分为快反应细胞和慢反应细胞。

1、快反应细胞包括心房肌、心室肌、房室束和浦肯野细胞。

快反应细胞0期去极化主要与快INa通道开放致Na+内流有关。

它们产生的快反应动作电位，其静息电位或最大舒张(复极)电位大(－85mV～－95mV )，0期去极化速度快，幅度高。

2、慢反应细胞包括窦房结细胞和房室交界区的细胞。

慢反应细胞0期去极化主要与慢钙通道开放致Ca2+内流有关。

它们形成的慢反应动作电位，其最大舒张电位小(约－60mV~－70mV)，0期去极化速度慢，幅度低。

第二节心肌细胞的电生理特性心肌细胞的生理特性包括电生理特性和机械特性两大特性。

电生理特性包括自动节律性、兴奋性和传导性，这些电生理特性都是以心肌细胞膜的生物电活动为基础。

机械特性即为收缩性，在很大程度上受电生理特性的影响。

一、自动节律性自动节律性是指心肌细胞在无外来刺激的情况下，能自动发生节律性兴奋的特性，简称自律性。

1、心脏起搏点● 在生理情况下，心肌的自律性起源于心脏特殊传导系统的自律细胞，不同部位的自律细胞自律性高低不一。

其中窦房结的自律性最高，约为100次／min，房室交接区约50次／min，房室结及其分支约为40次／min，浦肯野细胞自律性最低约为25次／min。

● 正常情况下，由于窦房结自律性最高，控制了整个心脏的活动，因此窦房结是心脏的正常起搏点，所形成的心跳节律称为窦性心律。

其他自律细胞的自律性较低，通常处于窦房结的控制之下，其本身的自律性并不表现，故称为潜在起搏点。

在某些病理状态下，潜在起搏点控制部分或整个心脏的活动时，就成为异位起搏点。

2、影响自律性的因素（1）4期自动去极化速度。

4期自动去极化速度快，到达阈电位的时间缩短，则单位时间内发生兴奋的次数多，即自律性高，反之亦然。

4期自动去极化速度为最重要的影响因素。

（2）最大复极电位与阈电位之间的距离。

最大复极电位水平上移，或阈电位下移，均使两者差距缩小，自动去极化到达阈电位水平所需的时间缩短，自律性增高，反之自律性降低。

二、兴奋性兴奋性是指心肌细胞受适当刺激后产生动作电位的能力。

心肌细胞兴奋性的高低可用刺激阈值的大小来衡量，阈值大表示兴奋性低，阈值小表示兴奋性高。

心脏各部分心肌细胞的兴奋性不同，浦肯野细胞的兴奋性最高，心房肌和心室肌次之，房室结最低。

1、兴奋性的周期变化心肌在每一次兴奋过程中，其膜电位就发生一系列有规律的变化。

在这一过程中，心肌细胞的兴奋性也随着发生相应的周期性改变（见图1-2-1）。

兴奋性的这种周期性变化，使心肌细胞在不同时期内对重复刺激表现出不同的反应能力或特性。

(mV)图1-2-1 心肌细胞兴奋性的周期性变化（1）有效不应期。

包括绝对不应期与局部反应期。

前者从0期至复极3期－55mV 期间，无论用多强的刺激都不引起兴奋(此时Na+通道完全失活)；后者从复极3期－55mV到－60mV，此期若给予强刺激可产生局部去极化，但不产生动作电位。

（2）相对不应期。

从膜电位－60mV到－80mV，用阈上刺激可引起动作电位，主要是Na+通道已部分复活，兴奋性有所恢复，但仍低于正常。

（3）超常期。

从膜电位－80mV到－90mV，此时Na+通道已基本恢复到备用状态，其距阈电位较近，易产生兴奋，所以若给予心肌一个阈下刺激，就可能引起动作电位，表明心肌的兴奋性高于正常，但这时所产生的动作电位幅度较小(因膜电位小)，传导亦慢。

（4）易颤期。

在相对不应期的最初阶段，给予相当强度的刺激容易诱发颤动，故这一时期称为易颤期(易损期)。

心室易颤期相当于心电图上T波顶峰前及后0.03—0.04s内。

临床上给予额外刺激或室性期前收缩落在T波顶峰上，即RonT现象，可诱发室性心动过速或心室颤动。

心房易颤期相当于R波降支和S波内。

病理情况下，心房易颤期可延伸至T波内，此时位于T波内的房性期前收缩可诱发心房颤动。

2、影响兴奋性的因素兴奋产生过程包括静息电位去极化到阈电位水平以及Na+ 通道（快反应细胞）或Ca2+通道(慢反应细胞)的激活这两个环节。

任何能影响这两个环节的因素均能改变心肌细胞的兴奋性。

（1）静息电位或最大复极电位水平。

静息电位（在自律细胞则为最大复极电位）绝对值增大，距离阈电位的差距就加大，故引起兴奋所需的刺激强度增大，表现为兴奋性降低。

反之，兴奋性增高。

（2）阈电位水平。

阈电位水平上移，则与静息电位或最大复极电位的差距增大，引起兴奋所需的刺激强度增大，兴奋性降低。

反之则增高。

（3）引起0期去极化的离子通道状态。

引起快、慢反应细胞0期去极化的Na+ 通道和L型Ca2+通道可表现为静息、激活、和失活三种功能状态。

Na+ 通道（或L型Ca2+通道）是否处于静息状态，是心肌细胞是否具有兴奋性的前提。

而正常静息电位（或最大复极电位）水平又是决定Na+ 通道（或L型Ca2+通道）能否处于或能否复活到静息状态的关键。

三、传导性心肌细胞具有传导兴奋的能力，即心肌细胞某处发生的兴奋，能沿细胞膜扩布到整个细胞，并通过闰盘扩布到相邻的心肌细胞，从而引起整块心肌兴奋，这种特性称为传导性。

1、心脏特殊传导系统心脏特殊传导系统是由不同类型的的特殊分化的心肌细胞组成，包括窦房结、结间束、房室交接区、房室束、左右束支及其分支和浦肯野纤维网（见图1-2-2）。