心脏电生理.ppt

The Heart课程名称：课程名称：生理学生理学参考教材：参考教材：生理学生理学姚泰姚泰 主编主编TEXTBOOK OF MEDICAL PHYSIOLOGY TEXTBOOK OF MEDICAL PHYSIOLOGY 授课内容：心血管系统授课内容：心血管系统授课专业：授课专业：20062006级级 本科本科学学 时：时：1616主主 讲：张忠芳讲：张忠芳http:/ Heart5/5/The Heart 兴奋性兴奋性(所有心肌细胞所有心肌细胞)电生理特性电生理特性 自律性自律性(自律细胞自律细胞)传导性传导性(所有心肌细胞所有心肌细胞)机械特性机械特性 收缩性收缩性(工作细胞工作细胞)心肌组织的生理特性心肌组织的生理特性5/5/The Heartn极化极化 polarizationn超极化超极化 hyperpolarizationn去极化去极化 depolarizationn复极化复极化 repolarizationn静息电位静息电位 resting potential,RPn阈电位阈电位 threshold potential,TP n动作电位动作电位 action potential,AP基本概念基本概念5/5/The Heart内向电流：内向电流：正离子由膜外向膜内流动或负离子正离子由膜外向膜内流动或负离子由膜内向膜外流动。内向电流造成由膜内向膜外流动。内向电流造成膜去极化膜去极化。外向电流：外向电流：正离子由膜内向膜外流动或负离子正离子由膜内向膜外流动或负离子由膜外向膜内流动。外向电流导致由膜外向膜内流动。外向电流导致膜复极膜复极或或超极超极化。化。跨膜离子流跨膜离子流5/5/The Heart Na Na+通道：激活、失活快、开放时间短通道：激活、失活快、开放时间短快快(钠钠)通道，电压依赖性通道通道，电压依赖性通道 *阻断剂：河豚毒阻断剂：河豚毒(tetrodotoxin,TTX)(tetrodotoxin,TTX)Ca Ca2+2+通道通道:激活、失活都慢激活、失活都慢、开放时间长开放时间长慢慢(钙钙)通道；呈电压依赖性，其阈电位高于通道；呈电压依赖性，其阈电位高于Na+Na+通道通道 *阻断剂阻断剂:MnMn2+2+、维拉帕米维拉帕米(VerapamilVerapamil)离子通道离子通道5/5/The Heartn快反应动作电位：去极化速度快，电位快反应动作电位：去极化速度快，电位变动幅值大，传导速度快变动幅值大，传导速度快n慢反应动作电位：去极化速度慢，电位慢反应动作电位：去极化速度慢，电位变动幅值小，传导速度慢变动幅值小，传导速度慢RPRPTPTP动作电位动作电位5/5/The Heart心肌细胞分类心肌细胞分类快反应细胞快反应细胞快反应细胞快反应细胞：由：由：由：由NaNaNaNa+通道通道通道通道(快通道快通道快通道快通道)开放导致开放导致开放导致开放导致0 0 0 0期快速期快速期快速期快速去极的心肌细胞；包括心房肌、心室肌、房室束、去极的心肌细胞；包括心房肌、心室肌、房室束、去极的心肌细胞；包括心房肌、心室肌、房室束、去极的心肌细胞；包括心房肌、心室肌、房室束、左右束支和浦肯野纤维左右束支和浦肯野纤维左右束支和浦肯野纤维左右束支和浦肯野纤维慢反应细胞慢反应细胞慢反应细胞慢反应细胞：由：由：由：由CaCaCaCa2+通道通道通道通道(慢通道慢通道慢通道慢通道)开放导致开放导致开放导致开放导致0 0 0 0期缓慢期缓慢期缓慢期缓慢去极的心肌细胞；包括窦房结细胞和房室交界区的去极的心肌细胞；包括窦房结细胞和房室交界区的去极的心肌细胞；包括窦房结细胞和房室交界区的去极的心肌细胞；包括窦房结细胞和房室交界区的一些细胞。慢反应细胞都具有自动节律性。一些细胞。慢反应细胞都具有自动节律性。一些细胞。慢反应细胞都具有自动节律性。一些细胞。慢反应细胞都具有自动节律性。依依0期去极速度及其形成机制分类期去极速度及其形成机制分类:5/5/The Heart心肌细胞分类心肌细胞分类自律细胞自律细胞自律细胞自律细胞：兴奋性、自律性、传导性，：兴奋性、自律性、传导性，：兴奋性、自律性、传导性，：兴奋性、自律性、传导性，不具有不具有不具有不具有收缩收缩收缩收缩性；包括性；包括性；包括性；包括窦房结细胞、浦肯野细胞窦房结细胞、浦肯野细胞非自律细胞非自律细胞非自律细胞非自律细胞：兴奋性、传导性、收缩性，：兴奋性、传导性、收缩性，：兴奋性、传导性、收缩性，：兴奋性、传导性、收缩性，不具有不具有不具有不具有自自自自律性；包括律性；包括律性；包括律性；包括普通的心肌细胞（心房肌、心室肌细胞）普通的心肌细胞（心房肌、心室肌细胞）5/5/The Heart心肌细胞分类心肌细胞分类心房肌细胞心房肌细胞心房肌细胞心房肌细胞心室肌细胞心室肌细胞心室肌细胞心室肌细胞房室束细胞房室束细胞房室束细胞房室束细胞浦肯野细胞浦肯野细胞浦肯野细胞浦肯野细胞窦房结细胞窦房结细胞窦房结细胞窦房结细胞房结区细胞房结区细胞房结区细胞房结区细胞结希区细胞结希区细胞结希区细胞结希区细胞结区细胞结区细胞结区细胞结区细胞快反应自律细胞快反应自律细胞快反应自律细胞快反应自律细胞快反应非自律细胞快反应非自律细胞快反应非自律细胞快反应非自律细胞慢反应自律细胞慢反应自律细胞慢反应自律细胞慢反应自律细胞慢反应非自律细胞慢反应非自律细胞慢反应非自律细胞慢反应非自律细胞5/5/The Heart心脏各部分心肌细胞的跨膜电位心脏各部分心肌细胞的跨膜电位SANSAN：窦房结窦房结AMAM：心房肌心房肌AVNAVN：结区结区BHBH：希氏区希氏区PFPF：浦肯野纤维浦肯野纤维TPFTPF：末梢浦肯野纤维：末梢浦肯野纤维VMVM：心室肌心室肌传导速度单位传导速度单位m/sm/s5/5/The Heart心室肌动作电位心室肌动作电位0 0期期NaNa+内流（再生性钠电流）内流（再生性钠电流）1 1期期KK+外流外流(Ito)(Ito)2 2期期KK+外流和外流和CaCa2+2+内流处于平衡内流处于平衡3 3期期KK+外流外流（IkIk再生性复极）再生性复极）4 4期期离子恢复（离子恢复（NaNa+-K-K+泵和泵和NaNa+-Ca-Ca2 2+交换）交换）5/5/The Heart0 0期：去极化期期：去极化期 1-2ms1-2ms1 1期：快速复极初期期：快速复极初期 10ms10ms2 2期：平台期期：平台期 100-150ms100-150ms3 3期：快速复极末期期：快速复极末期 100-150ms 100-150ms4 4期：静息期期：静息期 心室肌动作电位及其形成机制心室肌动作电位及其形成机制5/5/The HeartRPRP：钾平衡电位钾平衡电位:-:-90 mV90 mVAPAP：特点（与骨骼肌和神经纤维比较）：特点（与骨骼肌和神经纤维比较）：复极过程复杂，持续时间长，升支和降支不对称复极过程复杂，持续时间长，升支和降支不对称 0 0期：钠离子内流期：钠离子内流 1 1期：一过性外向电流（钾离子）期：一过性外向电流（钾离子）2 2期：慢钙通道（钙离子内流）期：慢钙通道（钙离子内流）3 3期：钾离子外流期：钾离子外流 4 4期：钠泵期：钠泵心室肌动作电位及其形成机制心室肌动作电位及其形成机制5/5/The Heart 0 期期:心室肌细胞在窦房结传来的动作电位刺激心室肌细胞在窦房结传来的动作电位刺激下下,心肌细胞膜上心肌细胞膜上Na+通道部分激活开放通道部分激活开放 少量少量Na+内流内流 膜部分去极化膜部分去极化 去极化达阈电去极化达阈电位位 膜上膜上Na+通道大量开通道大量开 放放 出现再生出现再生性性Na+内流内流 膜完全去极化、反极化。膜完全去极化、反极化。快快Na+Na+通道，可被通道，可被TTX TTX 阻断阻断0 期期5/5/The Heart1 期：期：Na+通道失活关闭通道失活关闭,同时同时K+通道通道(Ito)激激活，活，K+外流，导致膜快速复极化外流，导致膜快速复极化 1 期期5/5/The Heart平台期平台期，是心肌动作电位时程较长的主要原因，也，是心肌动作电位时程较长的主要原因，也区别于骨骼肌细胞的主要特征。区别于骨骼肌细胞的主要特征。这一期的离子：这一期的离子：K+外流（外流（Ik1)和和 Ca2+内流。内流。Ca2+内流，抵消内流，抵消K+外流。外流。L型钙通道，可被型钙通道，可被Mn2+、维拉帕米等、维拉帕米等钙拮抗药阻断钙拮抗药阻断2 期期5/5/The HeartCaCa2 2+通道失活，膜对通道失活，膜对K K+通透性增高，通透性增高，K K+通过通过I I k k 通道外流，使膜内电位向负的方向转化，通道外流，使膜内电位向负的方向转化，膜内电位越负，膜内电位越负，K K+外流越快，造成再生性外流越快，造成再生性复极。复极。3 期期5/5/The Heart膜电位数值已达静息电位水平，但细胞内外膜电位数值已达静息电位水平，但细胞内外离子分布发生变化，膜内多了离子分布发生变化，膜内多了NaNa+、CaCa2+2+,膜膜外多了外多了K K+，激活膜上激活膜上NaNa+-K-K+泵泵，每次泵出，每次泵出3 3个个NaNa+，同时摄入同时摄入2 2个个K K+；进入细胞内的进入细胞内的CaCa2+2+通过通过NaNa+-Ca-Ca2+2+交换排出胞外，使细胞内外离子分布交换排出胞外，使细胞内外离子分布恢复到静息状态，保证心肌正常兴奋性。恢复到静息状态，保证心肌正常兴奋性。4 期期5/5/The Heart无明显的复极无明显的复极1 1、2 2期，期，只有只有0 0、3 3、4 4期期0 0期去极幅度低，速度慢，时程长期去极幅度低，速度慢，时程长最大舒张电位和阈电位水平高最大舒张电位和阈电位水平高4 4期膜电位不稳定，自动去极化速度快期膜电位不稳定，自动去极化速度快4 4期自动除极达阈电位时，激活膜上期自动除极达阈电位时，激活膜上CaCa2+2+通道，通道，CaCa2+2+内流，引起内流，引起0 0期除极。期除极。窦房结细胞动作电位特征窦房结细胞动作电位特征5/5/The Heart窦房结细胞动作电位特征窦房结细胞动作电位特征5/5/The HeartPacemaker PotentialsnLeaky membranenauto-depolarizationnautorhythmicitynthe membrane is more permeable to K+and Ca+ions5/5/The Heart窦房结细胞窦房结细胞4期自动除极机制期自动除极机制Ik通道逐渐失活，通道逐渐失活，K+外流进行性衰减外流进行性衰减Na+内流进行性增强（内流进行性增强（If ）T型型Ca2+通道的激活，通道的激活，Ca2+内流增加内流增加5/5/The Heart最大舒张电位：最大舒张电位：-90mv阈电位：阈电位：-70mv浦肯野细胞动作电位特征浦肯野细胞动作电位特征5/5/The Heart浦肯野细胞浦肯野细胞4期自动除极机制期自动除极机制复极化时外向电流复极化时外向电流K+逐渐衰减逐渐衰减进行性增强的内向电流进行性增强的内向电流 If（内向电流的主要成分为内向电流的主要成分为Na+，但不同于但不同于心室肌心室肌0 期除极的快期除极的快Na+通道，不能被通道，不能被TTX阻断，可被铯阻断）。阻断，可被铯阻断）。5/5/The Heart*静息电位水平：静息电位绝对值大，兴奋性小静息电位水平：静息电位绝对值大，兴奋性小*阈电位水平：阈电位上移，兴奋性小阈电位水平：阈电位上移，兴奋性小*引起引起0 0期去极化的离子通道性状：期去极化的离子通道性状：静息、激活、失活；具有电压依从性和时间依静息、激活、失活；具有电压依从性和时间依从性；从性；n钠通道是否处于静息状态，是快反应心肌细胞在该钠通道是否处于静息状态，是快反应心肌细胞在该时刻是否具有兴奋性的前提。时刻是否具有兴奋性的前提。nL L型钙通道型钙通道是否处于静息状态，是慢反应心肌细胞在是否处于静息状态，是慢反应心肌细胞在该时刻是否具有兴奋性的前提该时刻是否具有兴奋性的前提 心肌兴奋性的影响因素心肌兴奋性的影响因素5/5/The Heart(1)(1)激活状态激活状态:开放开放;(2)(2)失活状态失活状态:关闭并不能被再次激活关闭并不能被再次激活;(3)(3)备用状态备用状态:关闭但可被激活关闭但可被激活.*复活过程：随膜内电位的负值增大，已复活过程：随膜内电位的负值增大，已 恢复活性的钠通道数增多。恢复活性的钠通道数增多。*钠通道三种状态的转换具有电压依从性和时间钠通道三种状态的转换具有电压依从性和时间依从性的依从性的.钠通道的状态钠通道的状态5/5/The Heart心肌兴奋性的周期性变化心肌兴奋性的周期性变化5/5/The Heart*有效不有效不应期期effectiverefractoryperiodERPeffectiverefractoryperiodERP：绝对不不应期期absoluterefractoryperiodARPabsoluterefractoryperiodARP：膜膜电位位-55mv-55mv以前，以前，钠通道失活通道失活局部反局部反应 localreactionlocalreaction：膜膜电位位-55mv-55mv-60mv-60mv心肌兴奋性的周期性变化心肌兴奋性的周期性变化5/5/The Heart*相相对不不应期期relativerefractoryperiodRRPrelativerefractoryperiodRRP：钠通道大部分复活通道大部分复活,膜膜电位位-60mv-60mv-80mv-80mv*超常期超常期supernormalperiodSNPsupernormalperiodSNP：钠通道复活，膜通道复活，膜电位（位（-80mv-80mv-90mv-90mv）接近接近阈电位位心肌兴奋性的周期性变化心肌兴奋性的周期性变化5/5/The Hearta,b:局部反应局部反应c,d,e:可扩布的可扩布的动作电位动作电位心肌兴奋性的周期性变化心肌兴奋性的周期性变化5/5/The Heart心肌兴奋性的周期性变化心肌兴奋性的周期性变化5/5/The Heart特点：特点：与骨骼肌和神经细胞相比，心肌细胞与骨骼肌和神经细胞相比，心肌细胞的有效不应期特别长（收缩期的有效不应期特别长（收缩期+舒张期早期）舒张期早期）。意意义义：不不会会产产生生完完全全强强直直收收缩缩，收收缩缩和和舒舒张张交替，从而保证心脏的泵血功能。交替，从而保证心脏的泵血功能。期前收缩后出现代偿性间歇期前收缩后出现代偿性间歇 兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系5/5/The Heart期前收缩和和代偿性间歇期前收缩和和代偿性间歇v期前收缩：期前收缩：心室肌在有效不应期之后受到一次额外的刺激，心室肌在有效不应期之后受到一次额外的刺激，可产生一次额外的兴奋和收缩，由于它发生在下一次窦房可产生一次额外的兴奋和收缩，由于它发生在下一次窦房结兴奋所产生的正常收缩之前，所以称为期前收缩。结兴奋所产生的正常收缩之前，所以称为期前收缩。v代偿间歇代偿间歇：一次期前收缩之后，往往有一段较长的心室舒：一次期前收缩之后，往往有一段较长的心室舒张期张期5/5/The Heart心肌细胞自律性产生的根本原因是心肌细胞自律性产生的根本原因是4 4期自动去极化期自动去极化心脏的正常起搏点：窦房结心脏的正常起搏点：窦房结 100100次次/分分心脏的潜在起搏点：房室交界心脏的潜在起搏点：房室交界 5050次次/分分 浦肯野细胞浦肯野细胞 2525次次/分分 窦性心率、异位起搏点、异位节律窦性心率、异位起搏点、异位节律决定和影响自律性的因素决定和影响自律性的因素 *4 4期自动去极化速度期自动去极化速度 *最大舒张电位与阈电位之间的差距最大舒张电位与阈电位之间的差距心肌的电生理特性心肌的电生理特性 自律性自律性5/5/The Heart心肌的电生理特性心肌的电生理特性 传导性传导性传导性是心肌细胞兴奋产生的动作电位能够沿着细传导性是心肌细胞兴奋产生的动作电位能够沿着细胞膜传播的特性。胞膜传播的特性。用传导速度衡量传导性的高低用传导速度衡量传导性的高低心脏内兴奋传导途径及特点心脏内兴奋传导途径及特点（1 1）细胞间的直接电传导：细胞间有闰盘）细胞间的直接电传导：细胞间有闰盘（2 2）兴奋通过特殊传导系统的有序传播）兴奋通过特殊传导系统的有序传播（3 3）兴奋的传导速度不一）兴奋的传导速度不一 快：浦氏快：浦氏F F（4 m/s)4 m/s)：心室肌同步收缩，：心室肌同步收缩，有利于射血有利于射血 慢：结区（慢：结区（0.02 m/s)0.02 m/s)：保证心房收缩后心：保证心房收缩后心室再收缩，有利于心室充盈和射血室再收缩，有利于心室充盈和射血5/5/The Heart 传导性传导性 Conductivity:心肌细胞兴奋产生的动作电位心肌细胞兴奋产生的动作电位能够沿着细胞膜传播的特性。能够沿着细胞膜传播的特性。用传导速度衡量传导性的高低用传导速度衡量传导性的高低1.心脏内兴奋传导途径及特点心脏内兴奋传导途径及特点（1）细胞间的直接电传导：细胞间有闰盘）细胞间的直接电传导：细胞间有闰盘（2）兴奋通过特殊传导系统的有序传播）兴奋通过特殊传导系统的有序传播 （3）兴奋的传导速度不一）兴奋的传导速度不一 快：浦氏快：浦氏F（4 m/s)：心室肌同步收缩，有利于射血心室肌同步收缩，有利于射血 慢：结区（慢：结区（0.02 m/s)：房室延搁房室延搁atrioventricular delay：耗时：耗时0.1 s。保证心房收。保证心房收缩缩后心室再收缩，有利于心室充盈和射血后心室再收缩，有利于心室充盈和射血心房心房窦房结窦房结优势传导通路优势传导通路房室交界房室交界房室束房室束左右束支左右束支浦氏浦氏F心室肌心室肌5/5/The HeartConduction System and PacemakersnAutorhythmic cellsncardiac cells repeatedly fire spontaneous action potentialsnAutorhythmic cells:the conduction systemnpacemakersnSA node norigin of cardiac excitationnfires 60-100/minnAV nodenconduction systemnAV bundle(Bundle of His)nR and L bundle branchesnPurkinje fibersIts as if the heart had only two motor units:the atria and the ventricles!5/5/The HeartConduction System and PacemakersnArrhythmias nirregular rhythms:slow(brady-)&fast(tachycardia)nabnormal atrial and ventricular contractionsnFibrillation nrapid,fluttering,out of phase contractions no pumpingnheart resembles a squirming bag of wormsnEctopic pacemakers(ectopic focus)nabnormal pacemaker controlling the heartnSA node damage,caffeine,nicotine,electrolyte imbalances,hypoxia,toxic reactions to drugs,etc.nHeart blocknAV node damage-severity determines outcomenmay slow conduction or block it5/5/The HeartConduction System and PacemakersnSA node damage(e.g.,from an MI)nAV node can run things(40-50 beats/min)nif the AV node is out,the AV bundle,bundle branch and conduction fibers fire at 20-40 beats/minnArtificial pacemakers-can be activity dependent5/5/The Heart决定和影响传导性的因素决定和影响传导性的因素结构因素结构因素 细胞直径大细胞直径大传导速度快传导速度快 心房肌、心室肌和浦肯野细胞的直径都大于窦房结和房室交界。心房肌、心室肌和浦肯野细胞的直径都大于窦房结和房室交界。生理因素生理因素动作电位动作电位0 0期去极化速度和幅度：期去极化速度和幅度：速度快，幅度大速度快，幅度大传导速度快传导速度快邻近未兴奋部位膜的兴奋性：通过局部电流的再刺激传导邻近未兴奋部位膜的兴奋性：通过局部电流的再刺激传导 RPRP与与TPTP差距大差距大兴奋性兴奋性 达到达到TPTP的时间的时间 传导慢传导慢邻近膜的邻近膜的Na+Na+通道的状态：通道的状态：失活：不能引起失活：不能引起AP AP 传导阻滞传导阻滞 部分失活（相对不应期或超常期）：部分失活（相对不应期或超常期）：传导慢传导慢5/5/The Heart 心电图心电图Electrocardiogram ECG：心脏活动时电变化的情况可传到体心脏活动时电变化的情况可传到体表，将测量电极放置在人体表面的一定部位记录出来的电变化曲线。表，将测量电极放置在人体表面的一定部位记录出来的电变化曲线。正常心电图的波形及意义正常心电图的波形及意义 *P波波：代表：代表心房去极化心房去极化 0.08-0.11s;0.25mV *QRS波波：代表左右：代表左右心室去极化心室去极化过过程程 0.06-0.10s *T波波：心室复极化心室复极化过过程程 0.05-0.25s,0.1-0.8mV *P-R间间期期：兴奋兴奋由心房由心房传传至心室的至心室的时间时间 0.12-0.20s *Q-T间间期期：心室：心室兴奋兴奋到完全复极至到完全复极至RP的的时间时间 *S-T段段：心室：心室处处于完全于完全兴奋兴奋状状态态5/5/The Heart心肌动作电位与心电图的关系心肌动作电位与心电图的关系 S-T段相当于平台期段相当于平台期 Q-T间期相当于间期相当于AP时程时程 5/5/The Heart小 结n心室肌细胞的静息电位为钾的平衡电位，动作电位分心室肌细胞的静息电位为钾的平衡电位，动作电位分为为5期；窦房节细胞动作电位只有期；窦房节细胞动作电位只有0，3，4三期三期n心肌细胞的电生理特性包括兴奋性、自律性和传导性。心肌细胞的电生理特性包括兴奋性、自律性和传导性。n兴奋性取决于兴奋性取决于RP、TP和和0期去极化离子通道的状态；期去极化离子通道的状态；包括有效不应期、相对不应期和超常期。心肌细胞的包括有效不应期、相对不应期和超常期。心肌细胞的有效不应期特别长。有效不应期特别长。n自律性产生的根本原因是心肌细胞自律性产生的根本原因是心肌细胞4期自动去极化。期自动去极化。n传导性主要取决于动作电位传导性主要取决于动作电位0期去极化的速度和幅度期去极化的速度和幅度以及以及邻邻近未近未兴奋兴奋部位膜的部位膜的兴奋兴奋性性。5/5/The Heart心室肌细胞动作电位心室肌细胞动作电位electrochemicalevents5/5/