心肌细胞的动作电位与心电图

在心血管的基本功能得到阐明之后，又有许多新的课题展现在研究者面前。最突出的难题就是心脏为什么能有节律地自动搏动。

心脏搏动的起源及其传播原理，哈维本人就极感兴趣。他曾观察过鸡胚心脏搏动的起源。但直到20世纪以后，Starnius（1808－1883）才仔细研究了心脏搏动，观察和分析了心脏各部的自律性和节律性，并确定了窦房结是心脏的起搏点。此后，许多学者对心脏传导系统及其功能进行了详细的研究。1900年Hill对心血管的生理进行了系统总结。Caskell对心脏收缩原理提出了肌源性理论。Bowdith证明了心肌收缩的全或无定律。自19世纪末叶，心血管生理学研究向纵深发展，从宏观的形态学水平发展到微观的细胞水平和亚细胞水平。心脏电生理学就是在这种特定的历史条件下兴起和发展的，尤其是微电极技术的应用，才使心肌单细胞功能研究成为现实。

在一般生理学的书刊中，一直把Ling及Gerard作为应用微电极的先驱者。其实，他俩在把细胞内微电极介绍给人们之前，早就有人应用过微电极了。最近，Edwards（1983）及Hoyle（1983）先后著文回顾了这段历史，并指出微电极的应用发展有一个量变的过程。历史上最早使用电解质液充盈毛细管的是一些植物学家，他们在20世纪20年代就以此来记录藻类的电位。这些作者是Gicklhom，Umrath（1928），Kummel（1929）及Damon（1932）。最先将微电极用于动物细胞的是Hogg，Goss及Cole（1934），他们以尖端直径据说为2μm的微电极记录了组织培养中的胎鼠心肌细胞。自1935年起，Haruo和Kinosita开始了对原生动物的生物电现象的系列研究。最初的研究对象是草履虫（1936），所用的微电极尖端直径最细者为2μm。以后，Rothschild（1938）以尖端直径2μm的电极记录了海胆卵细胞的电活动。Hodgkin及Huxley（1939），Curtis及Cole（1940）用直径为40～100μm的玻璃毛细管插入乌贼巨大神经突，首先测定了可兴奋细胞的静息电位，其平均值约为－50mV。Gerard实验室中的Graham于1940年开始用玻璃微电极测定肌细胞的膜电位，他应用尖端直径＜2μm的微电极，测得蛙肌的平均静息电位为－62mV（Graham及Gerard，1946）。Ling是在Graham之后继续这一工作，并完善了他的学说。他拉制出更细的微电极（尖端直径＜1μm），报道的静息电位为－78mV（1949）。Hodgkin及Huxley使用的玻璃微电极中充以海水；Curtis及Cole，Graham，Ling用的则是等张氯化钾溶液；最先应用3mol／L氯化钾溶液的是Nastuk及Hodgkin（1950）。

心肌电活动研究的发展，是与新技术、新方法的发展息息相关的。1880年Sanderson开始用钨极毛细管静电计放在胸壁前面和后面，观察到心脏每搏动1次都同时伴有电活动。1887年Sanderson的学生Waller第一次从肢体上记录到心脏电活动，并观察到电活动发生于心脏机械收缩之前。1903年Einthoven发明了弦线电流计记录到心脏电流，从此宣告心脏电生理学研究时代的到来。

像其他可兴奋组织一样，心肌细胞电现象主要有两方面，即静息跨膜电位和动作电位。追溯至1950年，Woodbury等记录到心肌跨膜电位后，人们才开始对心肌电活动的细胞学基础有所了解。与此同时，Hodgkin和Huxley也完成了神经动作电位离子基础的研究。他们先后发现膜的各种变化，均可用神经膜对各种离子的通透性变化来解释。各离子是随其电化学梯度即膜内外电位差和离子浓度差而运动。膜的除极化是Na＋进入细胞内的结果，复极化是K＋从细胞内外逸所致。Brady和Woodbury首先将这些概念引入电生理学，以说明心肌生物电的形成和变化。