心脏电生理学基础课件.ppt
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1、关于心脏电生理学基础第1页,此课件共30页哦 l l 心脏的机能主要是泵血,从而推动血液循环。其所以心脏的机能主要是泵血,从而推动血液循环。其所以有泵血功能,除心肌的形态结构外,还有以电活动为基有泵血功能,除心肌的形态结构外,还有以电活动为基础的兴奋机能和以机械活动为基础的收缩机能。础的兴奋机能和以机械活动为基础的收缩机能。l l心脏的兴奋机能以心肌细胞的电变化为基础,形成兴心脏的兴奋机能以心肌细胞的电变化为基础,形成兴奋性、自律性、传导性等电生理特性,表现为兴奋在奋性、自律性、传导性等电生理特性,表现为兴奋在心脏内的发生和传导,称为心脏电生理。心脏内的发生和传导,称为心脏电生理。l l近近4
2、040多年来,由于电生理和微电极技术的发展,已从细多年来,由于电生理和微电极技术的发展,已从细胞、亚细胞或分子生物学水平作了比较深入的研究,使我胞、亚细胞或分子生物学水平作了比较深入的研究,使我们对心电图产生的基础有了比较明确的认识。们对心电图产生的基础有了比较明确的认识。第2页,此课件共30页哦一、心肌细胞的生物电现象一、心肌细胞的生物电现象 l l 心肌细胞的生物电现象与神经细胞、骨骼肌细胞一心肌细胞的生物电现象与神经细胞、骨骼肌细胞一样,表现为细胞膜内外两侧存在着电位差及电位差变化,样,表现为细胞膜内外两侧存在着电位差及电位差变化,称为跨膜电位称为跨膜电位(transmembrane p
3、otential)(transmembrane potential),简称膜电位。细胞安静时的膜电位称静息电位,也称膜电位;细胞兴奋时产生的膜电位称动作电位,是细胞兴奋的标志。第3页,此课件共30页哦(一)心肌细胞生物电产生的基础 l l心肌细胞的生物电现象产生的基础是:心肌细胞的生物电现象产生的基础是:l l 细胞膜两侧带电离子不均匀分布细胞膜两侧带电离子不均匀分布(表表31)1);l l 细胞膜在不同情况下对离子选择通透性的变化,造细胞膜在不同情况下对离子选择通透性的变化,造成选择性离子跨膜移动。成选择性离子跨膜移动。l l 离子的跨膜移动主要受下列四种因素的控制:即离子的跨膜移动主要受下
4、列四种因素的控制:即l l 细胞膜对离子的通透性;细胞膜对离子的通透性;l l 细胞膜内外的电位梯度细胞膜内外的电位梯度(电位差电位差);l l 细胞膜内外离子的化学梯度细胞膜内外离子的化学梯度(浓度差浓度差);l l 钠钾泵机能。钠钾泵机能。第4页,此课件共30页哦 l l表表1 11 1心肌细胞膜内外两侧几种主要离子的浓度心肌细胞膜内外两侧几种主要离子的浓度 离子离子 细胞内液浓度细胞内液浓度(mmol/L)(mmol/L)细胞外液浓度细胞外液浓度(mmol/L)(mmol/L)Na Na 30 14030 140 K K 140 4.0140 4.0 Ca2 Ca2 10104 2.04
5、 2.0 Cl Cl 30 10430 104 第5页,此课件共30页哦一、心肌细胞电生理一、心肌细胞电生理1、心肌细胞膜内外离子分布、心肌细胞膜内外离子分布 膜外 膜内 K+5 150Na+145 15Cl-120 6Ca+2 10第6页,此课件共30页哦 l l 心肌细胞膜内外离子的不均匀分布心肌细胞膜内外离子的不均匀分布l l 源于细胞膜中存在着一种源于细胞膜中存在着一种-钠钾泵结构钠钾泵结构(简称钠泵简称钠泵),l l 是镶嵌在细胞膜中的一种特殊蛋白质(Na+(Na+K+K+依赖式ATPATP酶),l l 作用是分解作用是分解ATPATP使之释放能量,并利用此能量将细胞内使之释放能量,
6、并利用此能量将细胞内的的Na+Na+逆浓度转移至细胞外,同时把细胞外的逆浓度转移至细胞外,同时把细胞外的K+K+度转移至细胞内,从而形成和维持细胞内高K+K+细胞外高Na+Na+的的不均匀的离子分布状态。不均匀的离子分布状态。;第7页,此课件共30页哦离子通道(ionicch-annelsl l 心肌细胞膜对离子的通透性是有选择性的,主要是由于心肌细胞膜中存在着一类贯通心肌细胞膜对离子的通透性是有选择性的,主要是由于心肌细胞膜中存在着一类贯通细胞膜的离子通道蛋白质,简称离子通道细胞膜的离子通道蛋白质,简称离子通道(ionicch-annels)(ionicch-annels),是离子跨膜扩散的
7、通道。离,是离子跨膜扩散的通道。离子通道有如下特性:子通道有如下特性:l l 1 1离子通道分别对不同离子有选择性的通透能力,离子通道分别对不同离子有选择性的通透能力,l l 如如Na+Na+通道只允许通道只允许Na+Na+通过,通过,Ca2+Ca2+通道主要通透通道主要通透Ca2+Ca2+,对,对Na+Na+有较小的通透;有较小的通透;2 2各种离子通道的开闭各需要特殊的条件,各种离子通道的开闭各需要特殊的条件,l l 在某些特定的条件下,某种通道蛋白质分子的构象或构型改变,分子内部出现有小孔道,在某些特定的条件下,某种通道蛋白质分子的构象或构型改变,分子内部出现有小孔道,使通道处于开放状态
8、使通道处于开放状态(激活激活),可允许特定离子由膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散,此时膜对该,可允许特定离子由膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散,此时膜对该种离子的通透性增大。而在另一种条件下,该离子通透处于关闭种离子的通透性增大。而在另一种条件下,该离子通透处于关闭(失活失活)状态,膜变成对该离子不状态,膜变成对该离子不能通透。根据引起离子通透开闭的条件,能通透。根据引起离子通透开闭的条件,l l一般可将离子通透分为两大类:一般可将离子通透分为两大类:l l 电压依从性通道:其开闭决定于膜电位水平;电压依从性通道:其开闭决定于膜电位水平;l l 化学依从性通道:其开闭决定于环境中是否存在某种化学信
9、号。化学依从性通道:其开闭决定于环境中是否存在某种化学信号。第8页,此课件共30页哦l l 3 3各种离子通透具有不同的特异阻断剂各种离子通透具有不同的特异阻断剂l l 如如Na+Na+通道可被河豚毒类通道可被河豚毒类(TTX)(TTX)特异性阻断;特异性阻断;l l 四乙铵可特异阻断四乙铵可特异阻断K+K+通道,通道,l l Ca2+Ca2+通道可被硝苯吡啶类特异阻断。通道可被硝苯吡啶类特异阻断。当带电离子经离子通道跨膜扩散时便形成离子电流。当带电离子经离子通道跨膜扩散时便形成离子电流。l l 正离子从细胞外扩散至细胞内或负离子外流,称为内向离正离子从细胞外扩散至细胞内或负离子外流,称为内向
10、离子电流;子电流;l l 正离子外流或负离子内流,称外向离子电流。正离子外流或负离子内流,称外向离子电流。l l 内向离子电流可使膜内电位升高,内向离子电流可使膜内电位升高,l l 外向离子电流可使膜内电位降低。选择性离子跨膜移动可形外向离子电流可使膜内电位降低。选择性离子跨膜移动可形成跨膜电位。成跨膜电位。第9页,此课件共30页哦(二)静息电位l l如用一台灵敏的电测量仪器的两个微电极,测量处于安静状如用一台灵敏的电测量仪器的两个微电极,测量处于安静状态的心室肌细胞的表面各点,可以发现细胞表面各点之间并态的心室肌细胞的表面各点,可以发现细胞表面各点之间并无电位差存在,表明安静细胞的膜外各点是
11、等电位的。但如无电位差存在,表明安静细胞的膜外各点是等电位的。但如把一个测量电极放在心肌细胞膜的外表面,把另一电极换成把一个测量电极放在心肌细胞膜的外表面,把另一电极换成尖端只有尖端只有1um1um左右的微电极刺入膜内左右的微电极刺入膜内(图图2 21)1),则在微电极刚,则在微电极刚穿膜的时候,测量仪器上立即出现一个明显的电位变化,说明膜的内穿膜的时候,测量仪器上立即出现一个明显的电位变化,说明膜的内外两侧存在着电位差。其数值如以膜外为零电位,则膜内电位即相当外两侧存在着电位差。其数值如以膜外为零电位,则膜内电位即相当于于-90mV-90mV。由于这一电位差存在于安静心肌细胞膜的两侧,故。由
12、于这一电位差存在于安静心肌细胞膜的两侧,故称静息电位称静息电位(resting polential)(resting polential),或称膜电位。通常以膜内电位的,或称膜电位。通常以膜内电位的负值来表示静息电位的值,正常心室肌细胞静息电位的值为负值来表示静息电位的值,正常心室肌细胞静息电位的值为-90mV90mV,是一种稳定的直流电位。,是一种稳定的直流电位。第10页,此课件共30页哦l l图图2 21 1 心肌细胞的膜电位心肌细胞的膜电位(1 1)两个微电极都放置在细胞外,在电极之间没有电位差别,电位线在)两个微电极都放置在细胞外,在电极之间没有电位差别,电位线在0 0水平。水平。(2
13、 2)将一个微电极插入细胞内,可以记录到细胞内外的电位差别,当细胞在静止期细胞内的电位为)将一个微电极插入细胞内,可以记录到细胞内外的电位差别,当细胞在静止期细胞内的电位为-90mV90mV。(3 3)当细胞激动时,出现快速除极的上升相,与细胞外相比,细胞内的电位高达)当细胞激动时,出现快速除极的上升相,与细胞外相比,细胞内的电位高达+30mV+30mV。(4 4)这一时间代表复极的终末部分,逐渐回复到静止期的膜电位水平。)这一时间代表复极的终末部分,逐渐回复到静止期的膜电位水平。第11页,此课件共30页哦 静息电位的形成原理静息电位的形成原理 l l由于细胞膜内外由于细胞膜内外Na+Na+、
14、K+K+等离子分布的不均匀及膜对这些离子的通透性不同,等离子分布的不均匀及膜对这些离子的通透性不同,l l正常情况下膜外正常情况下膜外Na+Na+多而多而K+K+少,膜内少,膜内K+K+多而多而Na+Na+少。少。l l安静状态时膜对安静状态时膜对K+K+的通透性高,对的通透性高,对Na+Na+的通透性很低,对有机负离子的通透性很低,对有机负离子(A-)(A-)的通的通透性最低,此时透性最低,此时K+K+可自由的通透细胞膜而扩散,可自由的通透细胞膜而扩散,Na+Na+则不易扩散,则不易扩散,A-A-几乎不通透。几乎不通透。K+K+便顺浓度差经便顺浓度差经K+K+通道向膜外侧净扩散,而膜内带负电
15、的通道向膜外侧净扩散,而膜内带负电的A-A-又不能随之扩散,又不能随之扩散,因此随着因此随着K+K+的外移,就在膜的两侧产生了内负外正的电位差,称浓差电势。的外移,就在膜的两侧产生了内负外正的电位差,称浓差电势。第12页,此课件共30页哦静息电位的形成原理静息电位的形成原理l l 浓差电势有抵制浓差电势有抵制K+K+继续外流的作用,随着继续外流的作用,随着K+K+外流的增多,外流的增多,浓差电势继续增大,它阻止浓差电势继续增大,它阻止K+K+扩散的力也愈大。当驱动扩散的力也愈大。当驱动K+K+外流外流的浓差电势能与阻止的浓差电势能与阻止K+K+外流的电位差势达到平衡时,净的钾外流的电位差势达到
16、平衡时,净的钾外流停止,膜电位保持相对稳定,此时即外流停止,膜电位保持相对稳定,此时即-K+-K+平衡平衡电位,电位,l l 所以静息电位主要是所以静息电位主要是K+K+平衡电位组成。平衡电位组成。第13页,此课件共30页哦静息电位的形成原理静息电位的形成原理l l因为静息电位是因为静息电位是K+外流所形成的平衡电位,主要取决于膜对K+的通透性和膜内外的的通透性和膜内外的K+K+的浓度差的浓度差l l,故当细胞膜对,故当细胞膜对K+K+的通透降低或细胞外的通透降低或细胞外K+K+度降低时,度降低时,均可称静息电位减小。均可称静息电位减小。第14页,此课件共30页哦(三)动作电位三)动作电位l
17、l 动作电位动作电位动作电位动作电位-指细胞兴奋时发生的短暂而剧烈的膜电位波动过程。指细胞兴奋时发生的短暂而剧烈的膜电位波动过程。指细胞兴奋时发生的短暂而剧烈的膜电位波动过程。指细胞兴奋时发生的短暂而剧烈的膜电位波动过程。l l 当安静细胞受到当安静细胞受到当安静细胞受到当安静细胞受到 一次外加刺激一次外加刺激一次外加刺激一次外加刺激(人工给予或由邻接细胞的兴奋所引起人工给予或由邻接细胞的兴奋所引起人工给予或由邻接细胞的兴奋所引起人工给予或由邻接细胞的兴奋所引起)而兴奋时,而兴奋时,而兴奋时,而兴奋时,受刺激部位的细胞膜两侧电位发生短暂的变化,细胞膜外突然由正变负,膜受刺激部位的细胞膜两侧电位
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