學習目的,描述心肌動作電位的類型 闡明心肌動作電位的離子基礎 解釋心肌興奮性的瞬時變化,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,心肌的跨膜電位,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,心肌動作電位,快反應(fast response)動作電位： 發生在心臟的心房肌、心室肌即特殊傳導纖維 慢反應(slow response)動作電位： Sinoatrial (SA) node And Atrioventricular(AV) node 快慢反應的對比： 快反應細胞的靜息膜電位(phase 4)負于慢反應 快反應細胞動作電位上升支(phase 0)坡度、幅度都大于慢反應細胞 慢反應心肌組織動作電位的傳導速度慢于快反應心肌組織，興奮在慢反應組織中更容易收到阻滯。,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,心肌動作電位,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,靜息電位的形成(Phase 4),心肌動作電位的不同時期與細胞膜離子通透性改變有關，主要涉及Na+、K+和Ca2+ 心肌細胞內的K+濃度遠遠大于細胞外的K+濃度；Na+和Ca2+的濃度梯度與K+相反 靜息細胞膜對K+的通透性高于Na+和Ca2+的通透性 K+ 的跨膜移動： 基于濃度梯度的化學力，外向凈擴散 細胞內外靜電差 靜息心肌細胞Na+的作用力方向與K+ 相反，因此實際靜息膜電位略正于方程 推導值。靜息心肌細胞中，K+的電導 約為Na+的100倍。,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,快反應依賴于Na+(Phase 0),上升支構成0期(Phase 0) Na+通過快通道的方式說明了每個通道有兩種調控 Na+ 流動的門： M gate ,膜電位負電性減小時打開通道 激活門 H gate ,膜電位負電性減小時關閉通道失活門,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,4期(phase 4)：化學力和靜電力推動Na+從胞外向內流。但因激活門(M gate)關閉，內流很小即靜息細胞幾乎沒有Na+的內移,快反應依賴于Na+,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,使膜負電位減小的刺激打開M門，激活快Na+通道。細胞內存負電荷減少，從而開啟更多的Na+通道，加速了Na+的內流(再生性激活) 快Na+通道的快速打開似的動作電位0期Na+電導突然大量增大。形成了動作電位陡峭的上升支,快反應依賴于Na+,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,Na+的快速內流瞬間減少了膜電位的電負星。當膜電位達到0時，吸引Na+內流的靜電力小時。但由于濃度梯度的原因，Na+繼續進入細胞，膜電位變為正值(超射)。,擴散力仍然大于反向靜電力，Na+繼續進入胞內。但由于凈驅動力很小，而且此時大多數失活門已經關閉，所以Na+內流變慢(仍然為內向)。,快反應依賴于Na+,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,膜電位達到30mV時，H gate 關閉， Na+ 內流停止。 當所有 h 門關閉從而使快 Na+ 通道失活時，0期結束。（注意 M gate 打開速度快于 H gate 關閉速度） 第3期，細胞復極前h門保持關閉狀態，即c-d（ppt 第三頁圖）細胞處于有效不應期（ERP），此時不能引起新的興奮。第3期后期，從失活中恢復，細胞可以產生新的興奮，但一開始很微弱，最后所有快Na+通道的h門再次打開，m門再次關閉。,小結1：Na+在快反應中,0期的上升支：一個超過閾值的刺激激活Na+快速通道，膜電位去極化，形成動作電位上升支;Na+在0期中起主要作用。 3期：前半段處于有效不應期（ERP）；后半段處于相對不應期（RRP），從失活中恢復。非主要性態影響因素。 4期：非主要性態影響因素,Na+內流很小。,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,早期復極化（phase 1）,1期：早期、短暫的有限復極，形成上升支末端到平臺期開始前的一個切跡。 瞬時外向電流 ito 的激活引起復極。 ito 的主要成分為K+。,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,原因：細胞內呈正電性；胞內K+大于胞外K+，帶正電離子瞬時外流導致細胞短暫而部分復極化。,平臺期(phase 2),Ca2+在動作電位平臺期通過Ca2+通道進入心肌細胞。Ca2+的激活和失活所需的時間都比快Na+通道長很多。 2期的平坦部分，Ca2+的正電荷內流和K+的正電荷外流相平衡。( ito 直到2期結束仍未完全失活) Ca2+通道受到電壓調控，在動作電位上升支時期，膜電位負電性逐漸消失時已被激活。,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,平臺期（K+電導）,動作電位平臺期（2期）,膜兩側的K+濃度梯度幾乎與4期相等 2期跨膜電位為正，化學力與靜電力外推K+。并且，在膜電位上升到動作電位峰值附近時， gk 下降，伴有K+電流的減小，以此確保平臺區期間細胞不會有大量的K+流失。,Created By ARTHUR,Gk的減少，稱為內向整流,終末復極(phase 3),中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,K+的外流開始超過Ca2+的內流，三種外向K+電流： ik ：延遲整流通道 ik1: 內向整流通道 ito:瞬時外向電流通道 ito與ik促進復極化開始 Ik1通道影響了3期的復極化速度,快反應心臟沖動快速傳遞的基礎,快反應是心臟沖動快速傳導的基礎 動作電位沿纖維傳導的速度直接與其幅度和0期電位變化率有關 動作電位幅度越大，去極化的擴散速度就越快 動作電位的幅度等于完全去極化和完全極化的電位差 電位差決定局部電流 局部電流將膜電位轉換到閾值 類似與局部刺激，將纖維鄰近的靜息部分去極化達到閾電位 若纖維興奮部分去極化緩慢，則纖維上每個未興奮部分需要更多時間達到閾值（0位變化率：dVm/dt ） 靜息膜電位水平也是傳導速度的一個決定因素 影響動作電位的幅度和上升相的斜率 H gate 是電壓門控的（Na+通道）,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,慢反應動作電位,與快反應對比： 上升支變得緩慢 早期復極化消失 平臺期變短 平坦程度減少 平臺期到復極化末期的界限也不再明顯,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,TTX阻斷反應細胞的Na+通道,慢反應動作電位,慢反應電位擴布的部分原因也是由于局部電流的存在，但其傳導過程的特點與快反應傳導有量的區別 慢反應傳導更容易被阻滯 快反應纖維對重復頻率的反應要畢慢反應纖維快很多 慢反應的相對不應期常常延續超過復極3期，甚至細胞完全復極化后，仍有一段時間內不能誘發可傳導的興奮復極后不應性 相對不應期初期誘發的電位小，而且上升支也不陡峭,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,心肌的興奮性,Na+電流的激活和失活造成不應期 一個動作電位開始到能產生下一個動作電位的間隔(ERP) 快反應纖維：0期到3期的-50mV時。（許多快Na+通道的電化學m門和h門已經恢復靜息狀態） 徹底復極化前，當刺激大到足以在4期激發動作電位的強度時，才能誘發動作電位。（RRP） Ca2+電流導致慢反應 慢反應纖維的相對不應期常常延續超過復極3期。 甚至可能在細胞完全復極化后一段時間不能誘發可傳導的興奮（復極后不應性） 刺激周期的長度決定動作電位的持續時間 周期長度的改變是某些心律失常發生和終止的重要因素,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,總結,心肌細胞上記錄所得的跨膜動作電位的5個時期： 0期：超過閾值的刺激激活快Na+通道，膜電位快速去極化，形成動作電位的上升支 1期：K+通過介導瞬時外向電流ito的跨膜通道外流，產生早期部分復極化，形成切跡 2期：Ca2+通過跨膜Ca2+通道內流，K+通過集中K+通道外流，兩者之間達到平衡，形成平臺區 3期：當K+的外流超過Ca2+的內流，進入復極化默契。復極化加速了K+電導的增加，細胞快速恢復到完全復極化狀態 4期：完全復極化細胞的靜息電位主要由細胞膜上ik1通道的電導性決定 心房肌、心室肌和心室特殊傳導纖維上可記錄到快反應動作電位。這些動作電位幅度大，上升支陡峭，平臺期相對較長。,中國科學院深圳先進技術研究院醫工所微創中心,Created By ARTHUR,總結,快反應纖維的有效不應期從動作電位的上升支開