第二节  心肌的生物电现象与生理特性

　　心肌细胞的分类

　　1．工作细胞（working cardiac cell）：心房肌、心室肌细胞，为快反应细胞（fast response cell），具有兴奋性（excitability）、传导性（conductivity）、收缩性（contractivity）、无自律性（autorhythmicity）。

　　2．特殊传导系统：具有兴奋性、传导性、自律性（除结区），但无收缩性。

　　特殊传导系统包括：

　　（1）窦房结、房室交界（房结区、结区、结希区）——慢反应细胞（slow response cell）。其中，房室交界的结区细胞无自律性，传导速度最慢，是形成房-室延搁的原因。

　　（2）房室束、左右束支、浦肯野氏纤维——快反应细胞。

　　3．区分快反应细胞和慢反应细胞的关键：动作电位0期形成的机制。

　　快反应细胞的0期去极化速度快，由快钠通道开放、Na＋内流形成；慢反应细胞的0期去极化速度慢，由慢钙通道开放、Ca2＋内流形成。

一、心肌细胞的动作电位和兴奋性

　　1．心室肌细胞的静息电位和动作电位

　　（1）静息电位：约-90mV

　　（2）动作电位：分除极和复极两个过程：除级过程（0期）膜内电位由-90mV→+20mV～+30mV（反极化），耗时1～2ms。复极过程（1、2、3、4期）慢而复杂，历时200～300ms。

　　①1期（快速复极初期）膜内电位由+20mV→0mV，耗时约10ms。

　　②2期（平台期）膜内电位稳定在0mV左右，耗时约100～150ms。

　　③3期（快速复极末期）膜内电位由0mV→-90mV，耗时约100～150ms。

　　④静息期（4期） 膜内电位稳定在-90mV。

　　2．形成机制

　　内向电流：正离子由膜外向膜内流动或负离子由膜内向膜外流动，使膜除极。

　　外向电流：正离子由膜内向膜外流动或负离子由膜外向膜内流动，使膜复极或超级化。

　　（1）心室肌细胞静息电位的形成：K＋外流达到的电-化学平衡电位。

　　（2）动作电位：分5个时期，复极化的离子流多而复杂，持续时间较长。

　　①0期Na＋内流（快Na＋通道，即INa通道）接近Na＋的电-化平衡电位。

　　②1期K＋外流（瞬时性外向钾流通道，即Ito）导致快速复极。

　　③2期内向离子流（Ca2＋、Na＋内流，即慢钙通道）与外向离子流（K＋外流，即IK1）处于平衡状态。平台期是心室肌细胞动作电位持续时间较长的主要原因，也是心肌细胞区别于神经细胞和骨骼肌细胞动作电位的主要特征。平台期与心肌的兴奋收缩-耦连、心室肌不应期长、不会产生强直收缩有关，也常是神经递质和化学因素调节及药物治疗作用的环节。

　　④3期慢钙通道失活关闭，内向离子流消失，膜对K＋的通透性增加，出现K＋外流（再生性IK）。

　　⑤4期膜的离子转运机制加强，排出细胞内的Na＋和Ca2＋，摄回细胞外的K＋，使细胞内外各离子的浓度梯度得以恢复。包括Na＋-K＋泵的转运（3：2）和Ca2＋-Na＋交换（1：3）。

　　（3）心室肌细胞与窦房结起搏细胞跨膜电位的不同点：

　　　　　　　　　　　　　心室肌细胞　　　　　　　　　窦房结细胞

　　静息电位/最大舒张电位　值静息电位值-90mV　　　　　　　最大舒张电位-60～-65mV

　　阈电位　　　　　　　　　-70mV　　　　　　　　　　　　　-40mV

　　0期去极化速度　　　　　迅速　　　　　　　　　　　　　　缓慢

　　0期结束时膜电位值　　　+20～+30mV　　　　　　　　　　　0mV左右

　　去极幅度　　　　　　　　大（120mV）　　　　　　　　　　小（70mV）

　　4期膜电位　　　　　　　稳定　　　　　　　　　　　　　　不稳定，可自动去极化

　　膜电位分期　　　　　　　分0、1、2、3、4期　　　　　　　分0、3、4期，无平台期

　　（4）心室肌与快反应自律细胞膜电位的不同点：心室肌细胞膜电位的4期稳定；快反应自律细胞的4期不稳定，呈缓慢自动去极化，4期由逐渐衰减的K＋外流（IK）和逐渐增强的Na＋内流（If）形成。

　　3．影响兴奋性的因素 ：由于心肌细胞兴奋性的高低可用刺激阈值来衡量。阈强度或阈值是指细胞膜从静息电位去极化到达阈电位所需的最小刺激强度。因此影响兴奋性的因素有：

　　（1）静息电位的水平：静息电位绝对值增大时（如血钾降低），与阈电位的差距加大，引起兴奋所需的刺激阈值增加，则兴奋性降低；反之，静息电位绝对值减小时，兴奋性增高。

　　（2）阈电位水平：阈电位上移时（如血钙升高），与静息电位的差距加大，兴奋性降低；阈电位下移，兴奋性增高。

　　（3）Na＋通道的状态：钠通道有备用、激活、失活三种状态。正常静息状态的膜电位水平使其处于备用状态，当钠通道被激活开放引起钠离子内流和膜的去极化后，很快进入失活状态而关闭，钠离子内流停止。此时的钠通道不能被再次激活开放，只有当膜电位逐渐恢复后，钠通道才能逐渐恢复到备用状态而再次被激活。钠通道的激活、失活和复活到备用状态都是电压依赖性的，又是时间依赖性的。另外，血钾浓度也是影响心肌兴奋性的重要因素。当血钾逐渐升高时，心肌的兴奋性会出现先升高后降低的现象。血中K＋轻度或中度增高时，细胞膜内外的K＋浓度梯度减小，静息电位绝对值减小，距阈电位接近，兴奋性增高；当血中K＋显著增高，静息电位绝对值过度减小时，Na＋通道失活，兴奋性则完全丧失。因此，血中K＋逐步增高时，心肌兴奋性先升高后降低。

　　4．兴奋性的周期性变化与收缩的关系

　　（1）一次兴奋过程中心肌兴奋性的周期变化：心肌细胞产生一次动作电位后，兴奋性依次发生以下周期性的变化：有效不应期、相对不应期、超常期。其中，最显著的特点是有效不应期较长，相当于心肌机械变化的整个收缩期和舒张早期，因此心肌不会出现强直收缩。

　　①有效不应期（effective refractory period, ERP）：从0期去极→复极3期达-60mV。包括: 绝对不应期（absolute refractory period, ARP）：从0期去极→复极3期达-55mV；局部反应期：从-55mV→-60mV

　　②相对不应期（relative refractory period, RRP）：从-60mV→-80mV

　　③超常期（supranormal period, SNP）：从-80mV→-90mV

　　心肌兴奋性的周期变化与钠通道的状态有关，而钠通道的状态又与膜电位的变化有关。所以，随着心肌细胞动作电位过程中膜电位的变化，兴奋性的变化呈现周期性。有效不应期内，钠通道完全失活（绝对不应期）或仅有少量钠通道刚开始复活（局部反应期），此时心肌的兴奋性完全丧失（绝对不应期）或极低（局部反应期），所以，即使给予强刺激心肌细胞也不会产生反应（绝对不应期）或仅产生局部兴奋（局部反应期）。因此在有效不应期内，任何刺激都不能使心肌细胞再次产生动作电位和机械收缩。相对不应期内，大部分钠通道已经逐渐复活，但开放能力未达到正常状态，兴奋性有所恢复但仍低于正常，须用阈上刺激才可引起新的动作电位。超常期内，钠通道已经基本复活，而且膜电位靠近阈电位，使其兴奋性高于正常，因而用阈下刺激即可引起细胞兴奋。在相对不应期和超常期内，由于部分钠通道仍处于失活状态而不能开放，所以此时引起的动作电位与正常动作电位不同，其0期去极化的速度和幅度都小于正常，兴奋传导的速度也较慢。

　　（2）兴奋的周期性变化与心肌收缩活动的关系：

　　①不发生强直收缩：心肌细胞有数百毫秒的有效不应期（相当于整个收缩期和舒张早期），此期内的任何刺激都不能使心肌产生新的兴奋和收缩，因而不会发生强直收缩，总是保持收缩与舒张交替的节律性活动，以实现其泵血功能。

　　②期前收缩和代偿间隙：心室肌在有效不应期终结之后，受到人工的或潜在起搏点的异常刺激，可在正常节律之前发生一次兴奋和收缩，称为期前兴奋和期前（期外）收缩。由于期前兴奋也有自己的不应期，当紧接在期前收缩后的一次窦房结的兴奋传到心室时，常常正好落在期前兴奋的有效不应期内而失效，因此在期前收缩之后，往往出现较长的心室舒张期，这称为代偿间隙。

二、心肌的自动节律性

　　心肌能自动地、按一定节律发生兴奋的能力，称为自动节律性。心肌的自律性来源于特殊传导系统的自律细胞，其中窦房结细胞的自律性最高，称为起搏细胞，是正常的起搏点。潜在起搏点的自律性由高到低的顺序依次为：房室交界区、房室束、浦肯野氏纤维。

　　1．自律细胞的跨膜电位及其形成机制　

　　自律细胞分快反应自律细胞和慢反应自律细胞，自律细胞的共同特点是4期的膜电位不稳定，可发生4期自动去极化。

　　（1）窦房结细胞的动作电位及其形成机制

　　①动作电位的特点： a．由0、3、4期组成；b．最大复极电位-60～-65mV；c．阈电位-40mV；d．动作电位幅值小，约70mV，超射小；e．4期自动去极化速度快于浦肯野细胞。

　　②动作电位的形成机制：

   0期：Ca2＋内流（ICa-L）

　　3期：K＋外流（IK）

　　4期：三种起搏离子流（pacemaker current）参与，一种外向电流、两种内向电流：

　　a．逐渐衰减的K＋外流（IK），有时间依从性；b．进行性增强的Na＋内流（If），较弱；c．后半期被激活的Ca2＋内流（ICa-T）。

　　两种Ca2＋通道的比较:

　　T（transient）型Ca2＋通道（ICa-T）： 阈电位-50～-60mV；形成慢反应细胞的4期；可被镍阻断，不被钙通道阻断剂阻滞;不受儿茶酚胺的控制。

　　L（long lasting）型Ca2＋通道（ICa-L）： 阈电位-40mV；形成慢反应细胞的0期和快反应细胞的2期；可被钙通道阻断剂Mn2＋、异搏定（verapamil）阻滞；受儿茶酚胺的控制。

　　INa与IK的区别：　INa　　　　　　　IK

　　开放　　　　　　0期　　　　　　　　4期

　　激活　　　　　　去极达 -70mV　　　复极达 -60mV，复极达－100mV时充分激活

　　失活　　　　　　0期去极达0mV　　　4期除极达-50mV

　　阻断剂　　　　　TTX　　　　　　　　铯（Cs）

　　（2）浦肯野细胞的动作电位：

　　①动作电位的特点：a．0、1、2、3期与心室肌相似，但时程长（约400毫秒）；b．最大复极电位-90mV，阈电位-70mV；c．4期不稳定，可自动除极化，达阈电位后自动兴奋，产生动作电位。

　　②4期形成机制：a．逐渐衰减的IK（背景电流）；b．逐渐增强的If（为主）

　　2．心肌传导系统各部位的自律性及影响自律性的因素

　　（1）起搏点(pacemaker)：

　　正常起搏点（窦性心律）：窦房结（90～100次/分）

　　潜在起搏点（异位心律）：房室交界（40～60次/分）；浦肯野纤维（15～40次/分）

　　（2）窦房结控制潜在起搏点的方式：

　　①抢先占领(preoccuppation)：潜在起搏点的4期自动去极化尚未达阈电位时，已受到窦房结发出并传播来的兴奋所激动而产生动作电位，其自身的自动兴奋便不可能表现出来。

　　②超速驱动压抑(overdrive suppression)：潜在起搏点在窦房结较高频率的节律长期驱动下，自身处于超速驱动的状态，而自律活动被压抑的效应。表现为一旦窦房结的驱动作用中断，潜在起搏点需要经过一定时间才能从被压抑的状态恢复过来，再表现出本身的自动节律。

　　（3）影响自律性的因素：①4期去极化的速度；②最大舒张电位的水平；③阈电位水平。

三、心肌的传导性和兴奋在心脏的传导

　　1．心肌细胞的传导性：心肌细胞之间通过闰盘连接，整块心肌相当于一个机能上的合胞体，动作电位以局部电流的方式在细胞间传导。

　　2．兴奋在心脏内的传导过程和特点：

　　（1）传导的顺序：窦房结（P细胞）→心房肌、结间束（优势传导通路）→房室交界（房室结区）→房室束（希氏束）、左右束支→浦肯野纤维→心室

　　（2）传导的特点：①窦房结为心脏的正常起搏点。其中P细胞是起搏细胞，过渡细胞的作用是将P细胞的兴奋向周围传播。②优势传导路由排列方向一致、结构整齐的心房肌纤维构成，传导速度快于心房肌，分前、中、后结间束。其中前结间束传导速度最快（1米/秒），连接左、右心房，可使左右心房几乎同时收缩。③房室交界处传导速度慢（0.02～0.05米/秒），形成房-室延搁（0.1秒），以保证心房、心室的顺序活动和心室有足够的血液充盈。 ④心房内和心室内的兴奋以局部电流的方式传播，传导速度快，从而保证心房或心室同步活动，有利于实现泵血功能。

　　（3）影响心肌传导性的因素：

　　结构因素： ①心肌细胞的直径；②细胞间缝隙连接的数量。

　　生理因素： ①动作电位0期除极速度和幅度；②邻近未兴奋部位膜的兴奋性。

四、体表心电图

　　心电图（electrocardiogram，ECG）——将心电图机的测量电极置于体表的一定部位，所记录到的心电变化的波形。

　　心电图各主要波段的意义： P波：左右两心房的去极化。 QRS：左右两心室的去极化。 T波：两心室复极化。 U波：浦肯野纤维网的复极化。 PR间期：从P波的起点到QRS波的起点。表示从心房开始兴奋到心室开始兴奋的时间。 Q-T间期：从QRS波开始到T波结束。表示心室肌开始除极到复极完成的总时间。 S-T段：从QRS波结束到T波开始。表示心室各部分都处于去极化状态。