心肌的生物电现象

出处：按学科分类—医药、卫生 中山大学出版社《临床人体解剖生理学》第196页（3133字）

心脏的泵血功能是依靠构成心脏的心肌细胞来完成的。从组织学、电生理特性和功能活动，可将心肌细胞分为两类：一类是富含肌原纤维并具有收缩功能的心房肌和心室肌细胞，又称为工作细胞(working cell)。通常情况下，这类细胞不具有自动节律活动，只有兴奋性、传导性和收缩性，故称为非自律细胞(non-rhythmic cell)。另一类为特殊分化了的心肌细胞，分别存在于窦房结(sino-atrial node，简称SA结)、房室结(atrioventricular node，简称AV结)。在一些教科书中，又称AV结为房室交界，并将房室交界分为三区，接近心房的称为房结区，接近希氏束的称为结希区，中间的称为结区。以下为房室束(atrioventricular bundle)或希氏束(bundle of His)和蒲肯野纤维系统(Purkinje system)。这类细胞除有兴奋性、传导性外，还具有独特的自动节律性(automaticity)，但缺乏收缩性(contractility)，见图6－7。

(一)工作细胞的静息电位及其形成机制

心肌细胞与骨骼肌细胞一样，在静息和活动时也伴有生物电变化。以心室肌为例，其静息电位(resting potential)约为－90mV。静息电位的产生的原理有两点：①在静息状态下心肌细胞内K⁺的浓度比细胞外液高；②在静息状态下细胞膜对K⁺有较高的通透性。因此，K⁺顺浓度差由细胞内流向细胞外，而膜内带负电的蛋白质离子不能透出细胞，于是K⁺外移造成膜内变负而膜外变正的极化现象。

(二)工作细胞的动作电位及其形成机制

心室肌细胞的动作电位(action potential)包括去极化(depolarization)和复极化(repolarization)两个过程。全过程分为五个时期，即去极化过程的0期和复极化过程的1、2、3、4期(图6－14)。

图6－14 心室肌细胞动作电位及主要离子流示意图

1．0期[去极化期(phase 0)] 心室肌细胞兴奋时，膜内电位由静息状态的－90mV迅速上升到约+30mV，形成动作电位的上升支，称为除极0期，历时仅1～2ms。0期的形成主要是由膜上钠通道突然大量开放，Na⁺快速大量内流造成的。这种电位又称为快反应电位(fast response potential)。具有该种电位的心肌细胞，称之为快反应细胞(fast response cell)

2．1期[快速复极初期(early phase of repolarization)] 膜内电位由去极时达顶峰(约+30mV)后迅速降至0mV左右，形成复极1期。0期和1期形成锋电位(spike potential)。1期主要由K⁺离子外流引起，历时约10ms。

3．2期[平台期或缓慢复极期(plateau or slow phase of repolarization)] 当复极l期膜内电位到0mV时，复极过程变得非常缓慢，滞留在0mV附近，并持续一段时间，形成一平台状，故称之为平台期。该期由膜的慢钙通道开放，Ca²⁺缓慢内流与K⁺外流，共同使膜电位出现暂时的平衡状态。这期持续时间较长，可达100～150ms。

4．3期[快速复极末期(late rapid repolarization)] 此期复极速度加快，膜内电位由0mV较快地降到－90mV。该期由Ca²⁺内流停止，K⁺通道开放引起K⁺快速外流而形成。此期持续约100～150ms．

5．4期[(静息期(resting phase)] 3期之后，膜电位基本上稳定在－90mV，但膜内外离子分布尚未恢复，需要离子泵的主动转运，将进入细胞内的Na⁺和Ca⁺泵出膜外，同时摄回外流的K⁺，使细胞内外离子浓度恢复到兴奋前静息时的状态。

(三)自律细胞的跨膜电位及其形成机制

自律细胞的跨膜电位与工作细胞的跨膜电位的区别很大。工作细胞在产生动作电位后，其复极化4期时膜电位稳定在原静息电位水平不变，而自律细胞的动作电位在3期复极达最大值称为最大复极电位或最大舒张期电位(max-diastolic potential)之后，4期膜电位并不稳定，而是立即开始自动去极。当去极达到阈电位后，则引起另一次兴奋，并产生动作电位。4期自动除极亦称4期缓慢去极或缓慢舒张期自动去极(slow diastolic spontaneouse depolarization)，是自律细胞具备自动节律性的基础(图6－15)。

图6－15 不同心肌细胞动作电位的比较

(四)窦房结起搏点细胞电位活动的特点

窦房结细胞又称为P细胞(pacemaker cell)，其电位活动的特点为0期由膜上钙通道开放，Ca²⁺缓慢内流引起。因此去极速较慢，去极幅度较小(由－60mV达0mV左右)。复极过程无1期和2期，只有3期和4期(图6－15)。3期是由于钙通道逐渐失活、钾通道开放、K⁺外流形成。复极所达最大复极电位约为－60mV。4期电位不稳定，有自动去极活动。P细胞4期自动去极速度很快，因此其自律性最高，故称窦房结，为心脏节律活动的起搏点。自动除极主要是由于K⁺外流逐渐减少、Na⁺内流逐渐增加引起。由于P细胞0期是由钙通道开放引起的缓慢去极活动，故称之为慢反应电位(slow response potential)。具有这种电位的细胞则称为慢反应细胞(slow response cell)，包括P细胞和房室交界的各区细胞。

房室束、蒲肯野纤维(Purkinje fiber)均是快反应细胞，其动作电位与心室肌细胞相似，但复极4期具有缓慢的自动除极活动。因此，这类细胞也具有自动节律兴奋活动，但其自律性活动较低。

根据各类心肌细胞电活动特点，可将心肌细胞分为四类，即：

(1)快反应非自律细胞(fast response nonrhythmic cell)：包括心房肌、心室肌等工作细胞。

(2)快反应自律细胞(fast response rhythmic cell)：包括房室束及其分支、蒲肯野纤维。

(3)慢反应自律细胞(slow response rhythmic cell)：包括窦房结、房室交界区的房结区和结希区细胞。

(4)慢反应非自律细胞(slow response nonrhythmic cell)：房室交界中结区的细胞。