心肌细胞的电活动

二、心肌细胞的电活动

（一）心肌细胞的生物电现象

心脏自动地、节律性地收缩和舒张，是以心肌细胞的生物电为基础的。心肌细胞有两类：一类是具有收缩能力的普通心肌细胞，构成心房壁和心室壁，又称工作细胞，这类细胞不具有自律性又称非自律细胞。另一类是特殊分化的、已丧失收缩能力的特殊心肌细胞，这类细胞能自动产生节律性兴奋，又称自律细胞。它们构成心脏的传导系统，包括窦房结、房室结、房室束、左右束支和浦肯野纤维等。心肌细胞的静息电位产生原理与神经纤维基本相同，主要是K^＋外流形成。但不同的心肌细胞的动作电位明显不同。现以心室肌细胞和窦房结细胞为例，说明心肌细胞的生物电现象。

图4－3　心室肌细胞动作电位与形成机制示意图

1．心室肌细胞的动作电位　心室肌细胞的动作电位与神经细胞的动作电位明显不同，其去极化和复极化过程可以分为五个时期，即0、1、2、3、4期（图4－3）。各期产生的机制如下。

（1）0期（去极化过程）：当心室肌细胞受到有效刺激时，细胞膜上Na^＋通道少量开放，Na^＋少量内流使膜产生去极化。当去极化达到阈电位（－70mV）水平时，细胞膜上Na^＋通道被大量激活，膜对Na^＋通透性急剧增加，Na^＋大量快速内流使膜电位上升至＋30mV左右，形成动作电位的上升相。

（2）1期（快速复极初期）：0期去极化达＋30mV以后，心室肌细胞膜上Na^＋通道关闭，Na^＋内流停止，同时K^＋通道开放，K^＋快速外流，使膜电位迅速下降至0mV左右，导致膜的快速复极化。

（3）2期（缓慢复极期或平台期）：当膜电位达0mV左右时，心室肌细胞膜上Ca^2＋通道开放，在K^＋外流同时，Ca^2＋缓慢内流。由于两种带正电荷的离子流动方向相反，在电位上相互抵消，使复极停滞在零电位水平，形成一个较长时间的平台，故称平台期。平台期是心室肌细胞动作电位的主要特征。

（4）3期（快速复极末期）：2期末，细胞膜上Ca^2＋通道关闭，Ca^2＋内流停止，K^＋外流随膜的复极化过程而增强，使膜电位迅速降至－90mV。

（5）4期（静息期）：此期膜电位基本恢复并稳定于静息电位水平，故称静息期。但由于在形成动作电位的过程中，有一定量的Na^＋、Ca^2＋内流和K^＋外流，造成细胞内外原有的离子浓度发生改变，此时细胞膜上的离子泵被激活，它们逆浓度差将Na^＋、Ca^2＋排到细胞外，同时将K^＋摄回细胞内，使细胞内外的离子分布逐渐恢复到未受刺激前的状态，保持心肌细胞的正常兴奋能力。

表4－3　心室肌细胞动作电位的时相、形态特点及离子基础

2．窦房结细胞的动作电位

窦房结细胞的动作电位可分为0、3、4三个时期。其中最大的特点是4期膜电位不稳定，在没有外来刺激情况下，可自动缓慢去极化，称为4期自动去极化。当去极化达到阈电位时可引起细胞产生一个新的动作电位（图4－4）。自律细胞的4期自动去极化，是自律细胞与非自律细胞生物电现象的主要区别，也是自律细胞产生自律性的基础。

图4－4　窦房结细胞动作电位示意图

（二）心电图

心脏的兴奋以生物电为基础，其各部分在兴奋过程中出现的生物电活动，可以通过心脏周围的组织和体液传导到身体表面。利用心电图机在体表一定部位所描记的心肌兴奋、传导和恢复过程的电变化波形，称为心电图（ECG）。心电图是临床上判断某些心脏疾病的重要辅助检查。

不同导联的心电图波形不完全相同。现以Ⅱ导联心电图为例，分析心电图各波、段、间期的组成（图4－5）。

1．P波　反映左、右两心房去极化过程的电位变化。其波形小，呈圆顶形。

2．QRS波群　反映左、右两心室去极化过程的电位变化，由向下的Q波，高尖向上的R波及向下的S波组成。在不同导联中，三个波不一定全部出现，各波的幅度也不同。

3．T波　反映左、右两心室复极化过程的电位变化。其方向与QRS波的主波方向一致。

4．P－R间期（或P－Q间期）　指从P波起点到QRS波起点之间的时间，历时0．12～0．20秒。反映由窦房结产生的兴奋传导到心室所需要的时间。PR间期延长提示有房室传导阻滞。

5．S－T段　指从QRS波终点到T波起点之间的线段。正常时与心电图基线平齐。它反映在这段时间内心室全部处于去极化状态，各部分之间无电位差存在。若ST段上下偏离基线超过一定范围，常表示心肌缺血或损伤。

图4－5　正常II导联心电图

6．Q－T间期　指从Q波起点到T波终点之间的时间。反映心室肌从去极化开始到复极化结束所需要的时间。

表4－4　心电图各波、段、间期的生理意义

心电图的应用

心电图反映的是整个心脏兴奋产生、传导和恢复过程中的生物电变化，是每个心动周期中心肌细胞的综合电活动在体表的反映。当心脏发生某些病变时，心电波形会发生相应的改变。心电图在临床上应用较为普遍，不仅用于心律失常、冠心病、心肌病变和电解质紊乱等疾病的诊断和动态监护，还在心脏电复律、心脏起搏、药物试验等方面有着重要意义。此外，心电遥测可用于宇航员、飞行员和登山运动员的地面心电监护。