浦肯野、窦房结细胞跨膜电位及其形成机制-X

Lecture notes心肌细胞跨膜电活动【摘要】心室肌细胞的静息电位数值是K+平衡电位、少量Na+内流及生电性Na+－K+泵活动的综合反映。

心室肌细胞的动作电位可分为0、1、2、3、4共五个时期。

0期形成机制：Na+通道开放和Na+内流；1期机制：Na+通道失活，一过性K+外流；2期机制：电压门控L 型钙通道激活引起Ca2+缓慢持久内流，同时K+外流；3期机制：钙通道失活关闭，K+迅速外流。

4期机制：Na+－K+泵、Na+－Ca2+交换和Ca2+泵，恢复细胞内外离子的正常浓度梯度。

浦肯野细胞的动作电位0、1、2、3期的离子机制与心室肌细胞相似，但在4期，表现为自动去极化，主要是由随时间而逐渐增强的内向电流（If）所引起。

窦房结细胞的动作电位分为0、3、4共三个时期，无明显的1期和2期，4期自动去极化速度快于浦肯野细胞；窦房结细胞的0期去极化是L型Ca2+通道激活、Ca2+内流引起的；随后钾通道开放、K＋外流引起3期；4期自动去极化的机制主要是K＋外流的进行性衰减。

心脏是推动血液流动的动力器官。

心房和心室不停地进行有顺序的、协调的收缩和舒张交替的活动，是心脏实现泵血功能、推动血液循环的必要条件，而心肌细胞的动作电位则是触发心肌收缩和泵血的动因。

根据组织学特点、电生理特性以及功能上的区别，心肌细胞可分为两大类：一类是普通的心肌细胞，包括心房肌和心室肌，含丰富的肌原纤维，具有兴奋性、传导性和收缩性，但不具有自动产生节律性兴奋的能力；主要执行收缩功能，故又称为工作细胞。

另一类是一些特殊分化了的心肌细胞，组成心脏的特殊传导系统，其中主要包括P细胞和浦肯野细胞，具有兴奋性和传导性之外，还具有自动产生节律性兴奋的能力，故称为自律细胞，但它们含肌原纤维甚少（或完全缺乏），基本无收缩能力；主要功能是产生和传播兴奋，控制心脏的节律性活动。

一、心肌细胞的跨膜电位及其形成机制不同类型心肌细胞的跨膜电位不仅在幅度和持续时间上各不相同，形成的离子基础也有一定的差别，这是不同类别心肌细胞在心脏整体活动过程中起着不同作用的基本原因。

第二节心脏的电生理学及生理特性（5学时）Part 2 浦肯野、窦房结细胞跨膜电位及其形成机制（1学时）掌握内容浦肯野细胞与心室肌细胞动作电位的主要差异和4期产生的离、子机制。

窦房结细胞生物电活动的特点、动作电位的分期和各期产生的离子机制（ICa-LI、I K1、I f、 I Ca-T）。

试比较浦肯野细胞和窦房结细胞4期自动去极的离子机制差异。

K熟悉内容参与心室肌细胞和窦房结细胞动作电位各期形成的各离子通道开闭的条件及主要通道的阻断剂。

了解内容工作细胞和自律细胞的生理特点差异及主要代表细胞。

试解释心房肌细胞无明显2期的原理。

[练习]（一）选择题【A1型题】单项选择题，每题有A、B、C、D、E五个备选答案，请从中选出一个最佳答案。

1. 心室肌细胞与浦肯野细胞动作电位的主要区别在于A. 0期去极化速度与幅度不同B. 1期复极化的机制不同C. 平台期复极化的机制不同D. 3期复极化的机制不同E. 4期自动去极化的有无2. 区分心肌快、慢反应细胞的依据是A. 收缩力的大小B. 0期去极化的速率C. 平台期的长短D. 3期复极化的快慢E. 4期自动去极化的速度3. 可阻断浦肯野细胞0期去极化的药物是A. 普萘洛尔B. 河豚毒素C. 阿托品D. 维拉帕米E. 四乙（基）胺4. 窦房结细胞的起搏活动是由于A. 递减性K+电流B. 递增性净内向电流C. 递减性K+外流与递增性Na+内流D. 经L型Ca2+通道的递增性内流E. 递减性K+外流与L型Ca2+通道的递增性内流5. 低温、缺氧或代谢抑制，影响细胞的钠-钾泵活动时，将导致A. 静息电位值增大，动作电位幅度减小B. 静息电位值减小，动作电位幅度增大C. 静息电位值增大，动作电位幅度增大D. 静息电位绝对值减小，动作电位幅度减小E. 静息电位绝对值不变，动作电位幅度不变6. 钙通道阻断剂异搏定对浦肯野氏细胞action potential的影响是( )A．0期去极幅度降低B．1期复极时程延长C．2期复极时程缩短D．3期复极时程延长E．4期自动去极加速7．快反应细胞与慢反应细胞的区别是( )A．0期去极化的快慢B．1期复极的快慢C．2期复极的快慢D．3期复极的快慢E．4期自动去极化的快慢8．rhythmic cell与non-rhythmic cell的区别是( )A．0期去极的快慢B．1期复极的快慢C．2期复极的快慢D．3期复极的快慢E．4期自动去极的有无9．窦房结细胞0期去极是由于( )A．Na+内流B．Ca2+内流C．K+外流D．Cl-内流E．以上都不是10．浦肯野细胞4期自动去极主要是由于4期( )A．K+外流逐渐增多B．Ca2+内流逐渐增多C.背景Na+内流D．Isi电流E．If电流11. 窦房结细胞4期自动去极主要是由于4期( )A．K+外流逐渐减少B．Ca2+C．背景Na+内流 D.背景Ca2+E.If电流【B型题】配伍选择题，每组题共用一组备选答案，每题只有一个正确答案，备选答案可重复选用。

简答题1.举例说明何为原发性主动转运与继发性主动转运？答：原发性主动转运：细胞直接利用代谢的能量将物质逆浓度差或逆电位差转运的过程称为原发主动转运。

如：当细胞内Na离子浓度升高或细胞外K离子浓度降低时，Na泵被激活，α亚单位上结合的ATP分解为ADP，ATP分解释放的能量用于将3个Na转运到细胞外，2K离子转到细胞内。

继发性主动转运：有些物质主动转运所需的能量不是直接由ATP分解供给，而是利用原发性主动转运建立的离子浓度差，在离子浓度差扩散的同时将其他物质逆浓度差或电化学差进行的跨膜转运，这种间接利用ATP能量的主动转运称为继发性主动转运。

如：小肠上皮细胞的Na——葡萄糖联合转运、心肌细胞的Na——Ca交换。

2.用哇巴因抑制钠泵活动后，神经纤维的静息电位动作电位有何变化，为什么?答：静息电位变小，动作电位幅度变小，钠泵工作时排除三个钠进入二个钾，总共产生一个负电荷，抑制时则增加一个正电荷，故静息变小，钠内流驱动力变小，动作电位变小3.试比较神经纤维生物电的类型、产生的机制、特点及其生理学意义？答：无髓神经纤维与有髓神经纤维无髓神经纤维：动作电位在无髓神经纤维上依次传导，兴奋部位与邻近未兴奋部位之间形成局部电流。

有髓神经纤维：动作电位在有髓神经纤维上跳跃式传导，兴奋的郎飞结与相邻的安静梁飞结之间形成局部电流。

有髓神经纤维的传导只发生在郎飞结，不仅提高了传导速度，而且减少了能量消耗。

4.细胞外K或Na离子浓度的改变对单根神经纤维静息电位和动作电位各有何影响？答：静息电位的形成与K离子外流有关，K离子外流的动力为膜两侧K离子的浓度差，阻力为膜两侧的电位差。

如果膜外Na离子浓度降低，电位差降低，K离子外流阻力降低，K平衡电位会增大，静息电位绝对值升高。

动作电与Na离子内流有关，膜外Na离子降低，内流动力降低，动作电位的降低。

细胞外Na 离子浓度升高：静息电位值降低，动作电位峰值变大。

降低：静息电位值升高，动作电位峰值降低。

第二节心肌的生物电现象和生理特征(3)I f的进一步研究正受到心肌电生理学者们的高度关注。

2．窦房结细胞的跨膜电位及其形成机制窦房结含有丰富的自律细胞，动作电位复极后出现明显的4期自动除极，但它是一种慢反应自律细胞，其跨膜电位具有许多不同于心室肌快反应细胞和浦肯野快反应自律细胞的特征：①窦房结细胞的最大复极电位（-70mV）和阈电位（-40mV）均高于（电位较正）浦肯野细胞；②0期除极结束时，膜内电位为0mV左右，不出现明显的极化倒转；③其除极幅度（70mV）小于浦肯野细胞（为120mV）,而0期除极时程（7ms左右）却又比后者（1-2 ms）长得多。

原因是窦房结细胞0期除极速度（约10V/s）明显慢于浦肯野细胞（200-1000V/s），因此，动作电位升支远不如后者那么陡峭；④没有明显的复极1期和平台期；⑤4期自动除极速度（约0.1V/s）却比浦肯野细胞（约0.02V/s）要快,记录曲线上窦房结细胞4期膜电位变化的斜率大于浦肯野细胞.图4-8显示心室肌快反应细胞与窦房结细胞跨膜电位变化的差别。

图4-8 心室肌（A）与窦房结（B）细胞跨膜电位的比较窦房结细胞的直径很小，进行电生理研究有一定困难。

直到70年代中期，才开始在窦房结小标本上采用电压钳技术对其跨膜离子流进行了定量研究，但目前尚未能充分阐明它的跨膜电位，尤其是4期起搏电流的离子基础。

学者们观察到，窦房结细胞0期除极不受细胞外Na+浓度的影响，对河豚毒很不敏感；相反，它受细胞外Ca2+浓度的明显影响，并可被抑制钙通道的药物和离子（如异搏定、D-600和Mn2+等）所阻断。

据此可以认为，引起窦房结细胞动作电位0期除极的内向电流是由Ca2+负载的。

这种内向电流被称为第二内向电流；而引起快反应细胞（心室肌、心房肌和浦肯野细胞）0期除极的快Na+内流称为第一内向电流。

根据已有的研究资料，可将窦房结细胞动作电位的形成过程描述如下：当膜电位由最大复极电位自动除极达阈电位水平时，激活膜上钙通道，引起Ca2+内向流（Ica），导致0期除极；随后，钙通道逐渐失活，Ca2+内流相应减少；另一方面，在复极初期，有一种K+通道被激活，出现K+外向流（I k）。