第二節　心肌的生物電現象和生理特征

心房和心室不停歇地進行有順序的、協調的收縮和舒張交替的活動，是心臟實現泵血功能、推動血液循環的必要條件，而細胞膜的興奮過程則是觸發收縮反應的始動因素。本節需要闡述的問題是：引起心臟收縮活動的興奮來自何處？為什么心臟四個腔室能夠作協調的收縮活動？為什么心臟的收縮活動始終是收縮和舒張交替而不出現強直收縮？要回答這些問題，必須了解心肌的生理特性，主要是心肌興奮和興奮傳導的特征。興奮和傳導是以細胞膜的生物電活動為基礎的。因此，首先敘述心肌細胞的生物電現象，然后，根據生物電現象分析敘述心肌興奮和興奮傳播的規律和生理意義。

心肌細胞的類型組成心臟的心肌細胞并不是同一類型的，根據它們的組織學特點、電生理特性以及功能上的區別，粗略地分為兩大類型：兩類心肌細胞分別實現一定的職能，互相配合，完成心臟的整體活動。一類是普通的心肌細胞，包括心房肌和心室肌，含有豐富的肌原纖維，執行收縮功能，故又稱為工作細胞。工作細胞不能自動地產生節律性興奮，即不具有自動節律性；但它具有興奮性，可以在外來刺激作用下產生興奮；也具有傳導興奮的能力，但是，與相應的特殊傳導組織作比較，傳導性較低。另一類是一些特殊分化了的心肌細胞，組成心臟的特殊傳導系統；其中主要包括P細胞和哺肯野細胞，它們除了具有興奮性和傳導性之外，還具有自動產生節律性興奮的能力，故稱為自律細胞，它們含肌原纖維甚小或完全缺乏，故收縮功能已基本喪失。還有一種細胞位于特殊傳導系統的結區，既不具有收縮功能，也沒有自律性，只保留了很低的傳導性，是傳導系統中的非自律細胞，特殊傳導系統是心臟內發生興奮和傳播興奮的組織，起著控制心臟節律性活動的作用。

心臟特殊傳導系統的組成和分布心臟的特殊傳導系統由不同類型的特殊分化的心肌細胞所組成。包括竇房結、房室交界、房室束和末梢浦肯野纖維網（圖4-5）。

竇房結：位于右心房和上腔靜脈連接處，主要含有P細胞和過渡細胞。P細胞是自律細胞，位于竇房結中心部分；過渡細胞位于周邊部分，不具有自律性，其作用是將P細胞自動產生的興奮向外傳播到心房肌。

房室交界：又稱為房室結區，是心房與心室之間的特殊傳導組織，是心房興奮傳入心室的通道。房室交界主要包括以下三個功能區域：

房結區：位于心房和結區之間，具有傳導性和自律性。

結區：相當于光學顯微鏡所見的房室結，具有傳導性，無自律性。

結希區：位于結區和希氏束之間，具有傳導性和自律性。

房室束（又稱希氏束）及其分支：房室束走行于室間隔內，在室間隔膜部開始分為左右兩支，右束支較細，沿途分支少，分布于右心室，左束支呈帶狀，分支多，分布于左心室，房室束主要含浦肯野細胞。

圖4-5 心臟各部分心肌細胞的跨膜電位和興奮傳導速度

SAM：竇房結 AM：心房肌 AVN；結區 BH：希氏束 PE；哺肯野纖維

TPF：末梢浦肯野纖維 VM：心室肌傳導速度單位m/s

浦肯野纖維網：是左右束支的最后分支，由于分支很多，形成網狀，密布于左右心室的心內膜下，并垂直向心外膜側伸延，再與普通心室肌細胞相連接。房室束及末梢浦肯野纖維網的作用，是將心房傳來的興奮迅速傳播到整個心室。

關于是否存在心房傳導束的問題，爭論很多。60年代，Janes提出在竇房結和房室結區之間有三條由浦肯野細胞構成的心房傳導束，分別稱前、中、后結間束，其興奮傳導速度比一般心房肌為快。但是，近20年來的研究未能證實心房內有形態結構上不同于心房（工作）細胞的特殊傳導組織組成的心房傳導束存在；另一方面，研究結果表明，在右心房的某些部位（如卵圓窩前方和界嵴處）心房肌纖維排列方向一致，結構整齊，因此其傳導速度較其它部位心房肌（這些心房肌被右心房壁上腔靜脈開口卵圓窩所形成的孔穴所分割，形成斷續狀）為快，從而在功能上構成了將竇房結興奮快速傳播到房室交界處的所謂優勢傳導通路（preferential pathway） 。

一、心肌細胞的生物電現象

與骨骼肌相比，心肌細胞的跨膜電位在波形上和形成機制上要復雜得多；不但如此，上述不同類型的心肌細胞的跨膜電位（圖4-5），不僅幅度和持續時間各不相同，而且波形和形成的離子基礎也有一定的差別；各類心肌細胞電活動的不一致性，是心臟興奮的產生以及興奮向整個心臟傳播過程中表現出特殊規律的原因。

（一）工作細胞的跨膜電位及其形成機制

1．靜息電位和動作電位人和哺乳動物的心室肌細胞和骨骼肌細胞一樣，在靜息狀態下膜兩側呈極化狀態，膜內電位比膜外電位約低90mV，但兩者的動作電位有明顯不同。骨骼肌細胞動作電位的時程很短，僅持續幾個毫秒，復極速度與去極速度幾乎相等，記錄曲線呈升支和降支基本對稱的尖鋒狀。心室肌細胞動作電位的主要特征在于復極過程比較復雜，持續時間很長，動作電位降支與升支很不對稱。通常用0、1、2、3、4等數字分別代表心室肌細胞動作電位和靜息電位的各個時期。

（1）除極（去極）過程：除極過程又稱0期。在適宜的外來刺激作用下，心室肌細胞發生興奮，膜內電位由靜息狀態下的-90mV迅速上升到+30mV左右，即肌膜兩側原有的極化狀態被消除并呈極化倒轉，構成動作電位的升支。除極相很短暫，僅占1-2ms，而且除極幅度很大，為120mV；可見，心室肌細胞的除極速度很快，膜電位的最大變化速率可達800-1000V/s。

（2）復極過程：當心室細胞除極達到頂峰之后，立即開始復極，但整個復極過程比較緩慢，包括電位變化曲線的形態和形成機制均不相同的三個階段：

1期復極：在復極初期，僅出現部分復極，膜內電位由+30mV迅速下降到0mV左右，故1期又稱為快速復極初期，占時約10ms。0期除極和1期復極這兩個時期的膜電位的變化速度都很快，記錄圖形上表現為尖鋒狀，故在心肌細胞習慣上常把這兩部分合稱為鋒電位。

2期復極：當1期復極膜內電位達到0mV左右之后，復極過程就變得非常緩慢，膜內電位基本上停滯于0mV左右，細胞膜兩側呈等電位狀態，記錄圖形比較平坦，故復極2期又稱為坪或平臺期，持續約100-150ms，是整個動作電位持續時間長的主要原因，是心室肌細胞以及其它心肌細胞的動作電位區別于骨骼肌和神經纖維的主要特征。

3期復極；2期復極過程中，隨著時間的進展，膜內電位以較慢的速度由0mV逐漸下降，延續為3期復極，2期和3期之間沒有明顯的界限。在3期，細胞膜復極速度加快，膜內電位由0mV左右較快地下降到-90mV，完成復極化過程，故3期又稱為快速復極末期，占時約100-150ms 。

4期：4期是膜復極完畢、膜電位恢復后的時期。在心室肌細胞或其它非自律細胞，4期內膜電位穩定于靜息電位水平，因此，4期又可稱為靜息期。

2．形成機制與骨骼肌一樣，離子在細胞膜兩側不均勻分布所形成的濃度梯度（濃度差）（表4-1）、驅動相應離子經過當時開放的細胞膜上特殊離子通道的跨膜擴散，是心肌細胞跨膜電位形成的主要基礎，只是由于心肌細胞膜上具有數目較多的離子通道，跨膜電位形成機制中涉及的離子流遠比骨骼肌要復雜得多。在電生理學中，電流的方向以正離子在膜兩側的流動方向來命名，正離子外流或負離子內流稱外向電流，正離子內流或負離子外流稱內向電流。外向電流導致膜內電位向負電性轉化，促使膜復極，內向電流導致膜內電位向正電性轉化，促使膜除極。

表4-1 心肌細胞中各種主要離子的濃度及平衡電位值

除離子跨膜擴散之外，由細胞上離子泵所實現的離子主動轉運和離子交換，在心肌細胞電活動中也占有重要地位。

心室肌細胞靜息電位的形成機制與骨骼肌相同，也就是說，盡管肌膜兩側上述幾種離子都存在有濃度梯度，但靜息狀態下肌膜對K[SB]+[/SB]的通透性較高，而對其它離子的通透性很低，因此，K[SB]+[/SB]順其濃度梯度由膜內向膜外擴散所達到的平衡電位，是靜息電位的主要來源。

肌膜鈉通道的大量開放和膜兩側濃度梯度及電位梯度的驅動從而出現Na[SB]+[/SB]快速內流，是心室肌細胞0期去極形成的原因。進一步對整個去極過程進行分析就可以看到，與骨骼肌一樣，在外來刺激作用下，首先引起部分電壓門控式Na[SB]+[/SB]通道開放和少量Na[SB]+[/SB]內流，造成肌膜部分去極化，膜電位絕對值下降；而當膜電位由靜息水平（膜內-90mV）去極化到閾電位水平（膜內-70mV）時，膜上Na[SB]+[/SB]通道開放概率明顯增加，出現再生性Na[SB]+[/SB]內流（參看第二章），于是Na[SB]+[/SB]順其濃度梯度和電位梯度由膜外快速進入膜內，進一步使膜去極化，膜內電位向正電性轉化。決定0期去極的Na[SB]+[/SB]通道是一種快通道，它不但激活、開放的速度很快，而且激活后很快就失活，當膜除極到一定程度（omV左右）時，Na[SB]+[/SB]通道就開始失活而關閉，最后終止Na[SB]+[/SB]的繼續內流。快Na[SB]+[/SB]通道可被河豚毒（TTX）所阻斷。由于Na[SB]+[/SB]通道激活速度非常之快，又有再生性循環出現，這就是心室肌細胞0期去極速度很快，動作電位升支非常陡峭的原因。正因為如此，從電生理特性上，尤其是根據0期除極的速率，將心室肌細胞（以及具有同樣特征的心肌細胞）稱為快反應細胞，其動作電位稱為快反應電位，以區別于以后將要介紹的慢反應細胞和慢反應電位。

復極1期是在0期除極之后出現的快速而短暫的復極期，此時快鈉通道已經失活，同時激活一種一過性外向電流（Ito），從而使膜迅速復極到平臺期電位水平（0～-20mV）。至于Ito的離子成分，70年代曾認為是Cl[SB]-[/SB]（即Cl[SB]-[/SB]內流）。近年來，根據Ito可被四乙基銨和4-氨基吡啶等K[SB]+[/SB]通道阻滯劑所阻斷的研究資料，認為K[SB]+[/SB]才是Ito的主要離子成分。也就是說，由K[SB]+[/SB]負載的一過性外向電流是動作電位初期快速復極的主要原因。目前對Ito的通道特征尚不十分清楚，但有資料提示，膜除極和細胞內Ca[SB]2+[/SB]都可以使Ito的通道激活。

平臺期初期，膜電位穩定于0mV左右，隨后才非常緩慢地復極。膜電位的這種特征是由于平臺期同時有內向電流和外向電流存在，初期，兩種電流處于相對平衡狀態，隨后，內向電流逐漸減弱，外向電流逐漸增強，總和的結果是出現一種隨時間推移而逐漸增強的、微弱的外向電流，導致膜電位緩慢地向膜內負電性轉化。電壓鉗研究結果表明，在心室肌等快反應細胞，平臺期外向離子流是由K[SB]+[/SB]攜帶的（稱I[XB]k1[/XB]）。靜息狀態下，K[SB]+[/SB]通道的通透性很高，在0期除極過程中，K[SB]+[/SB]的通透性顯著下降，K[SB]+[/SB]外流大大減少，除極相結束時，K[SB]+[/SB]的通透性并不是立即恢復到靜息狀態下的那種高水平，而是極其緩慢地、部分地恢復，K[SB]+[/SB]外流也就由初期的低水平而慢慢增加（圖4-6）。平臺期內向離子流主要是由Ca[SB]2+[/SB](以及Na[SB]+[/SB])負載的。已經證明，心肌細胞膜上有一種電壓門控式的慢Ca[SB]2+[/SB]通道，當膜除極到-40mV時被激活，Ca[SB]2+[/SB]順其濃度梯度向膜內緩慢擴散從而傾向于使膜除極，與此同時，上述微弱的K[SB]+[/SB]外流傾向于使膜復極化，在平臺期早期，Ca[SB]2+[/SB]的內流和K[SB]+[/SB]的外流所負載的跨膜正電荷時相等，膜電位穩定于1期復極所達到的電位水平。隨著時間推移，Ca[SB]2+[/SB]通道逐漸失活，K[SB]+[/SB]外流逐漸增加，其結果，出膜的凈正電荷量逐漸增加，膜內電位于是逐漸下降，形成平臺期晚期。此后，Ca[SB]2+[/SB]通道完全失活，內向離子流終止，外向K[SB]+[/SB]流進一步增強，平臺期延續為復極3期，膜電位較快地回到靜息水平，完成復極化過程。

圖4-6 心室肌細胞跨膜電位及其形成的離子機制

RMP：靜息膜電位 TP ：閾電位

肌膜上有Ca[SB]2+[/SB]通道，是心室肌細胞和其它心肌細胞的重要特征。大量研究表明：①從一個心肌細胞的總體而言（不是從單個通道而言），Ca[SB]2+[/SB]通道的激活、失活，以及再復活所需時間均比Na通道要長，經 Ca[SB]2+[/SB]通道跨膜的Ca[SB]2+[/SB]內流，起始慢，平均持續時間也較長。因此相應稱為慢通道和慢內向離子流；②慢通道也是電壓門控式的，激活慢通道的閾電位水平（-50～-35mV）高于快Na通道（-70～-55mV）；③它對某些理化因素的敏感性和反應性不同于快通道，可被Mn[SB]2+[/SB]和多種Ca[SB]2+[/SB]阻斷劑（如異博定，D-600等）所阻斷，而對于可以阻斷快通道的河豚毒和細胞膜的持續低極化狀態（膜內電位-50Mv左右）卻并不敏感。各種心肌細胞的肌膜上都具有這種慢通道，由此形成的跨膜離子流，是決定心肌細胞電活動以及心室肌等快反應細胞動作電位平臺期的最重要的內向離子流之一。

平臺期之后，膜的復極逐漸加速，因此時Ca[SB]2+[/SB]通道已經失活，在平臺期已經激活的外向K[SB]+[/SB]流出現隨時間而遞增的趨勢。其原因是，3期的復極K[SB]+[/SB]流是再生性的，K+的外流促使膜內電位向負電性轉化，而膜內電位越負，K+外流就越增高。這種正反饋過程，導致膜的復極越來越快，直至復極化完成。

在4期內，心室肌細胞膜電位基本上穩定于靜息電位水平，但是，離子的跨膜轉運仍然在活躍進行。因為，動作電位期間有Na[SB]+[/SB]和Ca[SB]2+[/SB]進入細胞內，而K[SB]+[/SB]外流出細胞，因此，只有從細胞內排出多余的Na[SB]+[/SB]和Ca[SB]2+[/SB]，并攝入K[SB]+[/SB]才能恢復細胞內外離子的正常濃度梯度，保持心肌細胞的正常興奮性。這種離子轉運是逆著濃度梯度進行的主動轉運過程。像骨骼肌一樣，通過肌膜上Na[SB]+[/SB]-K[SB]+[/SB]泵的作用，將Na[SB]+[/SB]的外運和K+的內運互相耦聯形成Na[SB]+[/SB]-K[SB]+[/SB]轉運，同時實現Na[SB]+[/SB]和K[SB]+[/SB]的主動轉運。關于主動轉運Ca[SB]2+[/SB]的轉運機制，還沒有完全弄清楚。目前大多數作者認為，Ca[SB]2+[/SB]的逆濃度梯度的外運是與Na[SB]+[/SB]的順濃度的內流相耦合進行的。形成Na[SB]+[/SB]-Ca[SB]2+[/SB]交換。Ca[SB]2+[/SB]的這種主動轉運是由Na[SB]+[/SB] 的內向性濃度梯度提供能量的，由于Na[SB]+[/SB]內向性濃度梯度的維持是依靠Na[SB]+[/SB]-K[SB]+[/SB]泵而實現的，因此，Ca[SB]2+[/SB]主動轉運也是由Na[SB]+[/SB]-K[SB]+[/SB]泵提供能量的。在4期開始后，膜的上述主動轉運功能加強，細胞內外離子濃度梯度得以恢復。總的來看，這時轉運過程引起的跨膜交換的電荷量基本相等，因此，膜電位不受影響而能維持穩定。

（二）自律細胞的跨膜電位及其形成機制

在沒有外來刺激時，工作細胞不能產生動作電位，在外來刺激作用下，產生一次動作電位，但兩次動作電位之間膜電位是穩定不變的。而在自律細胞，當動作電位3期復極未期達到最大值（稱最大復極電位）之后，4期的膜電位并不穩定于這一水平，而是立即開始自動除極，除極達閾電位后引起興奮，出現另一個動作電位。這種現象，周而復始，動作電位就不斷地產生。出現于4期的這種自動除極過程，具有隨時間而遞增的特點，其除極速度遠較0期除極緩慢；不同類型的自律細胞4期除極速度參差不一，但同類自律細胞4期除極速度比較恒定。這種4期自動除極（亦稱4期緩慢除極或緩慢舒張期除極），是自律細胞產生自動節律性興奮的基礎。

根據細胞膜除極的跨膜電流的基本規律可分析自律細胞4期自動除極形成的機制。不難推測，自律細胞由于凈外向電流使膜復極（3期）達最大復極電位后，在4期中又出現一種逐漸增強的凈內向電流，從而使膜內正電位逐漸增加，膜便逐漸除極。這種進行性凈內向電流的產生，有以下三種可能的原因：①內向電流的逐漸增強；②外向電流的逐漸衰退；③兩者兼有。不同類型的自律細胞，4期自動除極都是由這種進行性凈內向電流所引起，但構成凈內向電流的離子流的方向和離子本質并不完全相同。

1．浦肯野細胞浦肯野細胞是一種快反應自律細胞。作為一種快反應型細胞，它的動作電位的形態與心室肌細胞相似，產生的離子基礎也基本相同。

關于浦肯野細胞4期自動除極形成的機制，80年代研究資料表明，在浦肯野細胞，隨著復極的進行，導致膜復極的外向K[SB]+[/SB]電流逐漸衰減，而同時在膜電位4期可記錄到一種隨時間推移而逐漸增強的內向電流（I[XB]f[/XB]）（圖4-7）。I[XB]f[/XB]通道在動作電位3期復極電位達－60mV左右開始被激活開放，其激活程度隨著復極的進行、膜內負電性的增加而增加，至－100mV左右就充分激活。因此，內向電流表現出時間依從性增強，膜的除極程度因而也隨時間而增加，一旦達到閾電位水平，便又產生另一次動作電位，與此同時，這種內向電流在膜除極達-50mV左右因通道失活而中止。可見，動作電位的復極期膜電位本身是引起這種內向電流啟動和發展的因素，內向電流的產生和增強導致膜的進行性除極，而膜的除極一方面引起另一次動作電位，一方面又反過來中止這種內向電流。這一連串的過程是自律細胞“自我”啟動、“自我”發展，又“自我”限制的，由此可以理解為什么自律細胞能夠自動地、不斷地產生節律性興奮。

圖4-7 浦肯野細胞起搏機制

A；跨膜電位 B：由х閘門控制的Ik衰減以及由у閘門控制的If，兩者在形成起搏電位中的相對關系

這種4期內向電流，通常稱為起搏電流，其主要離子成分為Na[SB]+[/SB] ，但也有K[SB]+[/SB]參與。由于使它充分激活的膜電位為-100mV，因而認為，構成起搏內向電流的是一種被膜的超極化激活的非特異性內向（主要是是Na[SB]+[/SB]）離子流，標志符號為I[XB]f[/XB]。I[XB]f[/XB]的通道允許Na[SB]+[/SB]通過，但不同于快Na[SB]+[/SB]通道，兩者激活的電壓水平不同；I[XB]f[/XB]可被銫（Cs）所阻斷，而河豚毒卻不能阻斷它。目前，關于I[XB]f[/XB]及其通道的研究資料尚有若干不能充分予以解釋的疑點，對I[XB]f[/XB]的進一步研究正受到心肌電生理學者們的高度關注。

2．竇房結細胞的跨膜電位及其形成機制 竇房結含有豐富的自律細胞，動作電位復極后出現明顯的4期自動除極，但它是一種慢反應自律細胞，其跨膜電位具有許多不同于心室肌快反應細胞和浦肯野快反應自律細胞的特征：①竇房結細胞的最大復極電位（-70mV）和閾電位（-40mV）均高于（電位較正）浦肯野細胞；②0期除極結束時，膜內電位為0mV左右，不出現明顯的極化倒轉；③其除極幅度（70mV）小于浦肯野細胞（為120mV）,而0期除極時程（7ms左右）卻又比后者（1-2ms）長得多。原因是竇房結細胞0期除極速度（約10V/s）明顯慢于浦肯野細胞（200-1000V/s），因此，動作電位升支遠不如后者那么陡峭；④沒有明顯的復極1期和平臺期；⑤4期自動除極速度（約0.1V/s）卻比浦肯野細胞（約0.02V/s）要快,記錄曲線上竇房結細胞4期膜電位變化的斜率大于浦肯野細胞.圖4-8顯示心室肌快反應細胞與竇房結細胞跨膜電位變化的差別。

圖4-8 心室肌（A）與竇房結（B）細胞跨膜電位的比較

竇房結細胞的直徑很小，進行電生理研究有一定困難。直到70年代中期，才開始在竇房結小標本上采用電壓鉗技術對其跨膜離子流進行了定量研究，但目前尚未能充分闡明它的跨膜電位，尤其是4期起搏電流的離子基礎。學者們觀察到，竇房結細胞0期除極不受細胞外Na[SB]+[/SB]濃度的影響，對河豚毒很不敏感；相反，它受細胞外Ca[SB]2+[/SB]濃度的明顯影響，并可被抑制鈣通道的藥物和離子（如異搏定、D-600和Mn[SB]2+[/SB]等）所阻斷。據此可以認為，引起竇房結細胞動作電位0期除極的內向電流是由Ca[SB]2+[/SB]負載的。這種內向電流被稱為第二內向電流；而引起快反應細胞（心室肌、心房肌和浦肯野細胞）0期除極的快Na[SB]+[/SB]內流稱為第一內向電流。根據已有的研究資料，可將竇房結細胞動作電位的形成過程描述如下：當膜電位由最大復極電位自動除極達閾電位水平時，激活膜上鈣通道，引起Ca[SB]2+[/SB]內向流（Ica），導致0期除極；隨后，鈣通道逐漸失活，Ca[SB]2+[/SB]內流相應減少；另一方面，在復極初期，有一種K[SB]+[/SB]通道被激活，出現K[SB]+[/SB]外向流（I[XB]k[/XB]）。Ca[SB]2+[/SB]內流的逐漸減少和K[SB]+[/SB]外流的逐漸增加，膜便逐漸復極。由“慢”通道所控制、由Ca[SB]2+[/SB]內流所引起的緩慢0期除極，是竇房結細胞動作電位的主要特征，因此，相應稱為慢反應細胞和慢反應電位，以區別于前述心室肌等快反應細胞和快反應電位。

竇房結細胞的4期自動除極也由隨時間而增長的凈內向電流所引起，但其構成成分比較復雜，是幾種跨膜離子流的混合。目前已知，在竇房結細胞4期可以記錄到三種膜電流，包括一種外電流和兩種內向電流，不過它們在竇房結細胞起搏活動中所起作用的大小以及起作用的時間有所不同。

（1）I[XB]k[/XB]通道的激活和逐漸增強所造成的K[SB]+[/SB]外向流，是導致竇房結細胞復極的原因。I[XB]k[/XB]通道在膜復極達-40mV時便開始逐漸失活，K[SB]+[/SB]外流因此漸漸減少，導致膜內正電荷逐漸增加而形成4期除極。目前認為，由于I[XB]k[/XB]通道的時間依從性逐漸失活所造成的K+外流進行性衰減，是竇房結細胞4期自動除極的最重要的離子基礎（圖4-9）；

圖4-9 竇房結動作電位和起搏電位的離子機制

A．跨膜電位 B.越膜電位C. 胞漿Ca[SB]2+[/SB]濃度表示動作電位升支由I[XB]ca[/XB],

f構成，起搏電位 由I[XB]k[/XB]和I[XB]f[/XB]及I[XB]na[/XB]/[XB]Ca[/XB]構成

(2)I[XB]f[/XB][XB]：[/XB]I[XB]f[/XB]是一種進行性增強的內向離子（主要為Na+）流，在浦肯野細胞起搏活動中，I[XB]f[/XB]起著極重要的作用，而Ik衰減的作用很小。與此恰相反，竇房結細胞4期雖也可記錄到If ，但它對起搏活動所起的作用不如Ik衰減。實驗證明，用Cs2+選擇性阻斷If后，竇房結自發放頻率僅輕度減少；對家兔竇房結細胞4期凈內向電流的總幅值而言，I[XB]k[/XB]衰減與If兩者所起作用的比例為6：1。

I[XB]f[/XB]通道的最大激活電位為-100mV左右，而正常情況下竇房結細胞的最大復極電位為-70mV，在這種電位水平下，I[XB]f[/XB]通道的激活十分緩慢，這可能是I[XB]f[/XB]在竇房結4期除極過程中所起作用不大的原因。若竇房結細胞發生超級化時，I[XB]f[/XB]則可能成為起搏電流中的主要成分。

（3）此外，竇房結細胞4期中還存在一種非特異性的緩慢內向電流，在膜除極達-60mV時被激活，可見，它在自動除極過程的后1/3期間才起作用。這種緩慢內向電流可能是生電性Na[SB]+[/SB]-Ca[SB]2+[/SB]交換的結果（Na[SB]+[/SB]-Ca[SB]2+[/SB]交換時，心肌細胞排出一個Ca[SB]2+[/SB]，攝入3個Na[SB]+[/SB]，出/入細胞正電荷之比為2：3，形成內向電流）。

心肌細胞的類型 除了按照功能和電生理特性將心肌細胞分為工作細胞和自律細胞之外，還可以根據其生物活動的特征，特別是動作電位0期除極的速度，將心肌細胞分為快反應細胞和慢反應細胞，其動作電位相應稱為快反應電位和慢反應電位；然后再結合其自律性，可將心肌細胞分為以下四種類型：

快反應非自律細胞：包括心房肌細胞和心室肌細胞；

快反應自律細胞：浦肯野自律細胞；

慢反應自律細胞：竇房結自律細胞，以及房結區和結希區的自律細胞；

慢反應非自律細胞：結區細胞。

心肌細胞的跨膜離子流 由多種離子通過細胞膜上的特異性或非特異性離子通道以及經離子交換轉運形成的跨膜離子運動，是心肌細胞跨膜電位形成的基礎。心肌細胞跨膜離子流的種類眾多，性質很復雜，近年又取得許多進展。由于在實驗研究中對這些離子通道的命名和認識比較混亂，甚至前后矛盾，故將目前比較肯定的主要幾種離子流和通道的名稱、存在的部位和作用歸納介紹如下：

1．內向離子流

（1）I[XB]Na[/XB]：稱為快速Na[SB]+[/SB]流，存在于快反應細胞，是引起快反應細胞0期除極的內向電流（稱第一內向電流）的離子基礎。

（2）I[XB]si[/XB]：稱為緩慢內向電流，也稱第二內向電流，過去認為它是一種由慢通道控制的緩慢Ca[SB]2+[/SB]流，故標志為I[XB]Ca[/XB]，其功能是構成快反應細胞的平臺期和慢反應細胞的除極期。新近的研究結果在很大程度上修正了對I[SB]ca[/SB]的認識。目前認為，第二內向電流并不是單一的Ca[SB]2+[/SB]流，而是由特性各異的三個組分所構成；第一組分稱Ica.f，二、三組分別稱Is[XB]1.2[/XB]和Ica.s。其中①Ica.f是一種快速Ca[SB]2+[/SB]流，其通道激活和失活的速度遠比已往所認為的要快得多。它融合于快反應細胞Na[SB]+[/SB]內流的最后部分，共同形成動作電位升支的上段，而對平臺期的作用很小。它是慢反應細胞除極的離子基礎。對工作細胞而言，肌漿網Ca[SB]2+[/SB]再生性釋放帥細胞外Ca[SB]2+[/SB]進入胞漿觸發的，既然Ica.f的激活十分迅速，那么Ca[SB]2+[/SB]釋放的觸發有及興奮－收縮耦聯的啟動速度都比以往認為的要快得多；②第三組分Ica.s，是一種較Ica.f微弱而緩慢的Ca[SB]2+[/SB]流，主要作用是維持快反應細胞平臺期；③Is[XB]1.2[/XB]稱第二內向電流第二組分，其離子本質不甚清楚，可能是Na[SB]+[/SB]-Ca[SB]2+[/SB]交換的生電電流，故也稱為I[XB]Na[/XB].[XB]Ca[/XB]，在平臺期起作用；慢反應自律細胞４期自動除極晚期也有它的作用。

(3)I[XB]f[/XB]：超極化激活的非特異性內向離子流，主要由Na[SB]+[/SB]攜帶，存在于自律細胞4期。I[XB]f[/XB]是決定浦肯野快反應自律起搏活動的主要負離子流，而在竇房結慢反應自律細胞起搏活動中，其作用不如I[XB]k[/XB]衰減。

2．外向離子流

（1）I[XB]kl[/XB]：存在于快反應細胞，是決定快反應工作細胞靜息電位的離子流，并在復極2期和3期起復極作用；

（2）I[XB]k[/XB]：這種外向電流主要由K[SB]+[/SB]攜帶，但也有Na[SB]2+[/SB]參加，不是單純的K[SB]+[/SB]流，故又稱I[XB]x[/XB]，在快反應細胞復極3期起重要作用，故又稱為復極電流，因而也決定著浦肯野細胞的最大復極電位；I[XB]x[/XB]也存在于慢反應自律細胞，促使膜復極，4期內呈進行性衰減，是形成4期除極的主要離子基礎；

（3）I[XB]to[/XB]：是快反應細胞1期復極的離子流，離子成分主要為K[SB]+[/SB]，也有Na[SB]+[/SB]參與。

3．化學門控離子通道 近年相繼證實，在心肌細胞膜上，除了電壓門控通道外，還存在化學門控離子通道；它們的作用并不在于維持和產生正常跨膜電位（靜息電位和動作電位），但對于心肌細胞活動的調節以及異常電活動的電生產有著特別重要的意義。重要的化學門控離子通道有以下三種；

（1）乙酰膽堿控制的K[SB]+[/SB]通道（I[XB]k[/XB]-ACh）：早年曾認為ACh激活的是I[XB]kl[/XB]，近年發現是通過G蛋白激活開放了另一種與在生物物理學特性和生理學特性上均不相同的K[SB]+[/SB]通道。

（2）ATP依從性K[SB]+[/SB]通道（I[XB]k[/XB]-ATP）：ATP的作用并不是分解供能激活此通道，而是維持此通道在正常情況下處于關閉狀態。當心肌細胞內ATP降到臨界水平以下時（如心肌缺血時），此種特殊的K[SB]+[/SB]通道開放。大量K[SB]+[/SB]外漏以致缺血心肌細胞局部高鉀而引起除極，誘發心律失常。硫脲類藥物可阻斷此通道。

（3）I[XB]Na–k[/XB]—Ca[SB]2+[/SB]通道：是細胞內Ca[SB]2+[/SB]增高時激活的一種非特異性正離子通道，載流離子是Na[SB]+[/SB]和K[SB]+[/SB]，形成一過性內向離子流（I[XB]ti[/XB]）。實驗表明，在某些情況下，浦肯野細胞在動作電位復極后可產生一種除極電位（延遲后除極電位），當它達閾電位時就可以誘發另一個新的動作電位，形成異位搏動。I[XB]ti[/XB]就是延遲后除極電位的離子基礎。洋地黃中毒，細胞外低K[SB]+[/SB]或低Na[SB]+[/SB]，以及咖啡因、兒茶酚胺等可引起細胞內Ca[SB]2+[/SB]超負荷的因素，均可誘發或加強I[XB]ti[/XB]和延遲后除極電位。

二、心肌的電生理特性

心肌組織具有興奮性、自律性、傳導性和收縮性四種生理特性。心肌的收縮性是指心肌能夠在肌膜動作電位的觸發下產生收縮反應的特性，它是以收縮蛋白質之間的生物化學和生物物理反應為基礎的，是心肌的一種機械特性。興奮性、自律性和傳導性，則是以肌膜的生物電活動為基礎的，故又稱為電生理特性。心肌組織的這些生理特性共同決定著心臟的活動。

（一）心肌的興奮性

所有心肌細胞都具有興奮性，即具有在受到刺激時產生興奮的能力。衡量心肌的興奮性，同樣可以采用刺激的閾值作指標，閾值大表示興奮性低，閾值小表示興奮性高。

1．決定和影響興奮性的因素 從關于興奮產生過程的敘述中可知，興奮的產生包括靜息電位去極化到閾電位水平以及Na[SB]+[/SB]通道（以快反應型細胞為例）的激活這樣兩個環節；當這兩方面的因素發生變化時，興奮性將隨之發生改變。

（1）靜息電位水平：靜息電位（在自律細胞，則為最大復極電位）絕對值增大時，距離閾電位的差距就加大，引起興奮所需的刺激閾值增大，表現為興奮性降低。反之，靜息電位絕對值減少時，距閾電位的差距縮小，所需的刺激閾值減少，興奮性增高。

（2）閾電位水平：閾電位水平上移，則和靜息電位之間的差距增大，引起興奮所需的刺激閾值增大，興奮性降低。反之亦然。

靜息電位水平和（或）閾電位水平的改變，都能夠影響興奮性，但在心臟，以靜息電位水平改變為多見的原因。

（3）Na[SB]+[/SB]通道的性狀：上述興奮的產生時，都是以Na[SB]+[/SB]通道能夠被激活作為前提。事實上，Na[SB]+[/SB]通道并不是始終處于這種可被激活的狀態，它可表現為激活、失活和備用三種功能狀態：而Na[SB]+[/SB]通道處于其中哪一種狀態，則取決于當時的膜電位以及有關的時間進程。這就是說，Na[SB]+[/SB]通道的活動是電壓依從性和時間依從性的。當膜電位處于正常靜息電位水平-90mV時，Na[SB]+[/SB]通道處于備用狀態。這種狀態下，Na[SB]+[/SB]通道具有雙重特性，一方面，Na[SB]+[/SB]通道是關閉的；另一方面，當膜電位由靜息水平去極化到閾電位水平（膜內-70mV）時，就可以被激活，Na[SB]+[/SB]通道迅速開放，Na[SB]+[/SB]因而得以快速跨膜內流。Na[SB]+[/SB]通道激活后就立即迅速失活，此時通道關閉，Na[SB]+[/SB]內流迅速終止。Na[SB]+[/SB]通道的激活和失活，都是比較快速的過程；前者在1ms 內，后者約在幾毫秒到10ms內即可完成。處于失活狀態的Na[SB]+[/SB]通道不僅限制了Na[SB]+[/SB]的跨膜擴散，并且不能被再次激活；只有在膜電位恢復到靜息電位水平時，Na[SB]+[/SB]通道才重新恢復到備用狀態，即恢復再興奮的能力，這個過程稱為復活。由上可見，Na[SB]+[/SB]通道是否處備用狀態，是該心肌細胞當時是否具有興奮性的前提；而正常靜息膜電位水平又是決定Na[SB]+[/SB]通道能否處于或能否復活到備用狀態的關鍵。Na[SB]+[/SB]通道的上述特殊性狀，可以解釋有關心肌細胞興奮性的一些現象。例如，當膜電位由正常靜息水平（-90mV）去極化到閾電位水平（-70mV）時，Na[SB]+[/SB]通道被激活，出現動作電位；而如果靜息狀況下膜電位為-50mV左右，即肌膜處于持續低極化狀態時，就不能引起Na[SB]+[/SB]通道激活，表現為興奮性的喪失。至于Na[SB]+[/SB]通道上述三種狀態的實質以及膜電位是如何影響Na[SB]+[/SB]通道性狀的問題，目前尚未徹底闡明。

2．一次興奮過程中興奮性的周期性變化心肌細胞每產生一次興奮，其膜電位將發生一系列有規律的變化，膜通道由備用狀態經歷激活、失活和復活等過程，興奮性也隨之發生相應的周期性改變。興奮性的這種周期性變化，影響著心肌細胞對重復刺激的反應能力，對心肌的收縮反應和興奮的產生及傳導過程具有重要作用。心室肌細胞一次興奮過程中，其興奮性的變化可分以下幾個時期（圖4-10）：

（1）有效不應期：心肌細胞發生一次興奮后，由動作電位的去極相開始到復極3期膜內電位達到約-55mV這一段時期內，如果再受到第二個刺激，則不論刺激有多強，肌膜都不會進一步發生任何程度的去極化；膜內電位由-55mV繼續恢復到約-60mV這一段時間內，如果給予的刺激有足夠的強度，肌膜可發生局部的部分去極化，但并不能引起擴播性興奮（動作電位）。心肌細胞興奮后不能立即再產生第二次興奮的特性，稱為不應性，不應性表現為可逆的、短暫的興奮性缺失或極度下降。心肌細胞一次興奮過程中，由0期開始到3期膜內電位恢復到-60mV這一段不能再產生動作電位的時期，稱為有效不應期。其原因是這段時間內膜電位絕對值太低，Na[SB]+[/SB]通道完全失活（前一階段），或剛剛開始復活（后一階段），但還遠遠沒有恢復到可以被激活的備用狀態的緣故。

（2）相對不應期：從有效不應期完畢（膜內電位約-60mV）到復極化基本上完成（約-80mV）的這段期間，為相對不應期。這一時期內，施加給心肌細胞以高于正常閾值的強刺激，可以引起擴播性興奮。出現相對不應期的原因是：此期膜電位絕對值高于有效不應期末時的膜電位，但仍低于靜息電位，這時Na[SB]+[/SB]通道已逐漸復活，但其開放能力尚未恢復正常；故心肌細胞的興奮性雖比有效不應期時有所恢復，但仍然低于正常，引起興奮所需的刺激閾值高于正常，而所產生的動作電位（稱期前興奮）0期的幅度和速度都比正常為小，興奮的傳導也比較慢。此外，此期處于前一個動作電位的3期，尚有K+迅速外流的趨勢，因此，在此期內新產生的動作電位，其時程較短（K+外流可使平臺期縮短），不應期也較短。

圖4-10 心室肌動作電位期間興奮性的變化及其與機械收縮的關系

A：動作電位 B：機械收縮ERP：有效不應期

RRP：相對不應期 SNP：超常期

（3）超常期：心肌細胞繼續復極，膜內電位由-80mV恢復到-90mV這一段時期內，由于膜電位已經基本恢復，但其絕對值尚低于靜息電位，與閾電位水平的差距較小，用以引起該細胞發生興奮所需的刺激閾值比正常要低，表明興奮性高于正常，故稱為超常期。另一方面，此時Na[SB]+[/SB]通道基本上恢復到可被激活的正常備用狀態，但開放能力仍然沒有恢復正常，產生的動力電位的0期去極的幅度和速度，興奮傳導的速度都仍然低于正常。

最后，復極完畢，膜電位恢復正常靜息水平，興奮性也恢復正常。

3．興奮過程中，興奮性周期性變化與收縮活動的關系細胞在發生一次興奮過程中，興奮性發生周期性變化，是所有神經和肌組織共同的特性；但心肌細胞的有效不應期特別長，一直延續到機械反應的舒張期開始之后。因此，只有到舒張早期之后，興奮性變化進入相對不應期，才有可能在受到強刺激作用時產生興奮和收縮。從收縮開始到舒張早期之間，心肌細胞不會產生第二個興奮和收縮。這個特點使得心肌不會像骨骼肌那樣產生完全強直收縮而始終作收縮和舒張相交替的活動，從而使心臟有血液回心充盈的時期，這樣才可能實現其泵血功能。

以下實驗可以說明心肌組織的這一特點。正常情況下，竇房結產生的每一次興奮傳播到心房肌或心室肌的時間，都是在它們前一次興奮的不應期終結之后，因此，整個心臟能夠按照竇房結的節律而興奮。但在某些情況下，如果心室在有效不應期之后受到人工的或竇房結之外的病理性異常異常刺激，則可產生一次期前興奮，引起期前收縮或額外收縮。期前興奮也有它自己的有效不應期，這樣，當緊接在期前興奮之后的一次竇房結興奮傳到心室肌時，常常正好落在期前興奮的有效不應期內，因而不能引起心室興奮和收縮，形成一次“脫失”，必須等到再下一次竇房結的興奮傳到心室時才能引起心室收縮。這樣，在一次期前收縮之后往往出現一段較長的心室舒張期，稱為代償性間歇（圖4-11）。隨之，才恢復竇性節律。

（二）心肌的自動節律性

組織、細胞能夠在沒有外來刺激的條件下，自動地發生節律性興奮的特性，稱為自動節律性，簡稱自律性。具有自動節律性的組織或細胞，稱自律組織或自律細胞。組織、細胞單位時間（每分鐘）內能夠自動發生興奮的次數，即自動興奮的頻率，是衡量自動節律性高低的指標。

圖4-11 期前收縮和代償性間歇

每條曲線下的電磁標記號批示給予電刺激的時間，曲線1-3，

刺激落在有效不應期內，不引起反應；曲線4-6，

刺激落在相對不應期內，引起期前收縮和代償性間歇

1．心肌的自動節律性和各自律級組織的相互關系很早以前就有人觀察到，在適宜條件下，兩棲類和哺乳類動物的離體心臟，在未受到任何刺激的情況下，可以長時間地、自動地、有節奏地進行興奮和收縮。但是，只有到了近代，根據細胞內微電極技術記錄的跨膜電位是否具有4期自動去極化這一特征，才確切地證明，并不是所有心肌細胞，而只是心臟特殊傳導組織內某些自律細胞才具有自動節律性。特殊傳導系統各個部位（結區除外）的自律性有等級差別；其中竇房結細胞自律性最高，自動興奮頻率約為每分鐘100次，末梢浦肯野纖維網自律性最低（約每分鐘25次），而房室交界（約每分鐘50次）和房室束支的自律性依次介于兩者之間。

由一個起搏點主宰整個心臟的整體活動具有極其重要的生理意義。那么，各部分自律組織的活動怎么能統一起來而不致于“各自為政”呢？實驗中很容易觀察到，心臟始終是依照當時情況下自律性最高的部位所發出的興奮來進行活動的。這就是說，各部分的活動統一在自律性最高部位的主導作用之下。正常情況下，竇房結的自律性最高，它自動產生的興奮向外擴布，依次激動心房肌、房室交界、房室束、心室內傳導組織和心室肌，引起整個心臟興奮和收縮。可見，竇房結是主導整個心臟興奮和跳動的正常部位，故稱為正常起搏點。其它部位自律組織并不表現出它們自身的自動節律性，只是起著興奮傳導作用，故稱為潛在起搏點。在某種異常情況下，竇房結以外的自律組織（例如，它們的自律性增高，或者竇房結的興奮因傳導阻滯而不能控制某些自律組織）也可能自動發生興奮，而心房或心室則依從當時情況下節律性最高部位的興奮而跳動，這些異常的起搏部位則稱為異位起搏點。

竇房結對于潛在起搏點的控制，通過兩種方式實現：①搶先占領。竇房結的自律性高于其它潛在起搏點，所以，在潛在起搏點4期自動去極尚未達到閾電位水平之前，它們已經受到竇房結發出并依次傳布而來的興奮的激動作用而產生了動作電位，其自身的自動興奮就不可能出現；②超速壓抑或超速驅動壓抑（overdrive suppression）。竇房結對于潛在起搏點，還可產生一種直接的抑制作用。例如，當竇房結對心室潛在起搏點的控制突然中斷后，首先會出現一段時間的心室停搏，然后心室才能按其自身潛在起搏點的節律發生興奮和搏動。出現這個現象的原因是：在自律性很高的竇房結的興奮驅動下，潛在起搏點“被動”興奮的頻率遠遠超過它們本身的自動興奮頻率。潛在起搏長時間的“超速”興奮的結果，出現了抑制效應；一旦竇房結的驅動中斷，心室潛在起搏點需要一定的時間才能從被壓抑狀態中恢復過來，出現它本身的自動興奮。另外還可以看到，超速壓抑的程度與兩個起搏點自動興奮頻率的差別呈平行關系，頻率差別愈大，抑制效應愈強，驅動中斷后，停搏的時間也愈長。因此，當竇房結興奮停止或傳導受阻后，首先由房室交界代替竇房結作為起搏點，而不是由心室傳導組織首先代替；因為竇房結和房室交界的自動興奮頻率差距較小，超速壓抑的程度較小。超速壓抑產生的機制比較復雜，目前尚未完全弄清；但這一事實提示我們，在人工起搏的情況下，如因故需要暫時中斷起搏器時，在中斷之前其驅動頻率應該逐步減慢，以避免發生心搏暫停。

2．決定和影響自律性的因素自律細胞的自動興奮，是4期膜自動去極化使膜電位從最大復極電位達到閾電位水平而引起的。因此，自律性的高低，既受最大復極電位與閾電位的差距的影響，也取決于4期膜自動去極的速度（圖4-12）。

圖4-12 影響自律性的因素

A：起搏電位斜率由a減少到b時，自律性降低

B：最大復極電位水平由a達到d，或閾電位由TP-1升到TP-2時，自律性均降低 Tp ：閾電位

（1）最大復極電位與閾電位之間的差距：最大復極電位絕對值減少和（或）閾電位下移，均使兩者之間的差距減少，自動去極化達到閾電位水平所需時間縮短，自律性增高；反之亦然。例如，迷走神經系統興奮時可使竇房結自律細胞K[SB]+[/SB]通道開放率增高，故其復極3期內K[SB]+[/SB]外流增加，最大復極電位絕對值增大，自律性降低，心率減慢。

（2）4期自動除極速度：4期自動除極速度與膜電位從最大復極電位水平達到閾電梯水平所需時間密切相關；若除極速度增快，達閾電位水平所需時間縮短，單位時間內發生興奮的次數增多，自律性增高。從前一節已知，4期自動除極速度取決于凈內向電流增長的速度，即取決于膜內凈正電荷增長速度。例如，兒茶酚胺可以增強I[XB]f[/XB]，因而加速浦肯野細胞4期除極速度，提高其自律性。

（三）心肌的傳導性和心臟內興奮的傳導

心肌在功能上是一種合胞體，心肌細胞膜的任何部位產生的興奮不但可以沿整個細胞膜傳播，并且可以通過閏盤傳遞到另一個心肌細胞，從而引起整塊心肌的興奮和收縮。動作電位沿細胞膜傳播的速度可作為衡量傳導性的指標。

1．心臟內興奮傳播的途徑和特點 正常情況下竇房結發出的興奮通過心房肌傳播到整個右心房和左心房，尤其是沿著心房肌組成的“優勢傳導通路”迅速傳到房室交界區，經房室束和左、右束支傳到浦肯野纖維網，引起心室肌興奮，再直接通過心室肌將興奮由內膜側向外膜側心室肌擴布，引起整個心室興奮。由于各種心肌細胞的傳導性高低不等，興奮在心臟各個部分傳播的速度是不相同的。在心房，一般心房肌的傳導速度較慢（約為0.4m/s），而“優勢傳導通路”的傳導速度較快，竇房結的興奮可以沿著這些通路很快傳播到房室交界區。在心室，心室肌的傳導速度約為1m/s，而心室內傳導組織的傳導性卻高得多，末梢浦肯野纖維傳導速度可達4m/s，而且它呈網狀分布于心室壁，這樣，由房室交界傳入心室的興奮就沿著高速傳導的浦肯野纖維網迅速而廣泛地向左右兩側心室壁傳導。很明顯，這種多方位的快速傳導對于保持心室的同步收縮是十分重要的。房室交界區細胞的傳導性很低，其中又以結區最低，傳導速度僅0.02m/s。房室交界是正常時興奮由心房進入心室的唯一通道，交界區這種緩慢傳導使興奮在這里延擱一段時間（稱房-室延擱）才向心室傳播，從而可以使心室在心房收縮完畢之后才開始收縮，不致于產生房室收縮重疊的現象。可以看出，心臟內興奮傳播途徑的特點和傳導速度的不一致性，對于心臟各部分有次序地、協調地進行收縮活動，具有十分重要的意義。

2．決定和影響傳導性的因素 心肌的傳導性取決于心肌細胞某些結構特點和電生理特性。

（1）結構因素：細胞直徑與細胞內電阻呈反變關系，直徑小的細胞內電阻大，產生的局部電流小于粗大的細胞，興奮傳導速度也較后者緩慢。心房肌、心室肌和浦肯野細胞的直徑大于竇房結和房室交界細胞，其中，末梢浦肯野細胞的直徑最大（在某些動物，直徑可達70μm），興奮傳導速度最快；竇房結細胞直徑很小（約5-10μm），傳導速度很慢；而結區細胞直徑更小，傳導速度也最慢。

在機體生命過程中，心肌細胞直徑不會突然發生明顯的變化，因此，它只是決定傳導性的一個比較固定的因素，對于各種生理或某些病理情況下心肌傳導性的變化，不起重要作用。

（2）生理因素：心肌細胞的電生理特性是決定和影響心肌傳導性的主要因素。與其它可興奮細胞相同，心肌細胞興奮的傳播也是通過形成局部電流而實現的（參看第二章）。因此，可以從局部電流的形成和鄰近未興奮部位膜的興奮性這兩方面來分析影響傳導性的因素。這兩方面因素是密切相關聯的，為了方便才分別敘述。

動作電位0期除極的速度和幅度局部電流是興奮部位膜0期去極所引起的，0期去極的速度愈快，局部電流的形成也就愈快，很快就促使鄰近未興奮部位膜去極達到閾電位水平，故興奮傳導愈快。另一方面，0期去極幅度愈大，興奮和未興奮部位之間的電位差愈大，形成的局部電流愈強，興奮傳導也愈快。問題是，為什么局部電流的強度能影響傳導速度？可能是強的局部電流擴布的距離大，可以使距興奮部位更遠的下游部位受到局部電流的刺激而興奮，故興奮的傳導較快。除了細胞直徑這個因素之外，浦肯野纖維等快反應細胞0期去極速度和幅度明顯高于竇房結等慢反應細胞，是前者傳導性比后者為高的主要原因。

已知，各種心肌細胞0期去極速度和幅度的差別，主要由膜上（0期）離子通道的固有性質決定。那么，同一心肌細胞（以快反應細胞為例）0期去極速度和幅度又受什么因素的影響？在敘述興奮性時已經指出，快Na[SB]+[/SB]通道的性狀，即激活、失活和復活狀態是決定興奮性正常、缺失和低下的主要因素；也就是說，對興奮性而言，Na[SB]+[/SB]通道的性狀決定著通道能否被激活開放（興奮性的有無）以及激活的難易程度（興奮性的高低）。這里，將進一步討論，Na[SB]+[/SB]通道的性狀還決定著膜去極達閾電位水平后通道開放的速度和數量，從而決定膜0期去極的速度和幅度。Na[SB]+[/SB]通道開放速度和數量這種性狀，稱為Na[SB]+[/SB]通道的效率或可利用率（通道開放數量稱開放概率）。實驗證明，Na[SB]+[/SB]通道的效率也是電壓依從性的，它依從于臨受刺激前的膜靜息電位值。定量地分析Na[SB]+[/SB]通道的效率（用0期去極的最大速率反映Na[SB]+[/SB]通道開放的速度）與靜息膜電位值的函數關系的曲線為膜反應曲線（圖4-13）。膜反應曲線呈S形。正常靜息電位值（-90mV）情況下，膜受刺激去極達閾電位水平后，Na[SB]+[/SB]通道快速開放，0期去極最大速度可達500V/s。如膜靜息電位值（絕對值）降低，去極最大速度下降；若膜靜息電位值（絕對值）進一步降低到膜內為-60～-55mV時，去極速度幾乎為0，即Na[SB]+[/SB]通道已失活而不能開放。上述這種現象稱為Na[SB]+[/SB]通道效率的電壓依從性下降。需要引起注意的是，在靜息膜電位值（絕對值）很低（膜內-60～-55mV）狀況下，如果膜受到刺激，并不是根本不產生電位變化，而是產生一種0期去極速度和幅度都很小的動作電位。這是因為，在這種情況下快Na[SB]+[/SB]通道已經失活，而慢Ca[SB]2+[/SB]通道未受影響，因此，原來的快反應細胞此時出現了由Ca[SB]2+[/SB]內流所致的慢反應電位的緣故；興奮傳導速度也就明顯減慢。不過，這已經是膜0期去極的離子通道發生了更換，不再屬于Na[SB]+[/SB]通道效率的量變范疇。

圖4-13 膜反應曲線

除了靜息膜電位之外，Na[SB]+[/SB]通道開放的速度還受心肌細胞本身生理性質的影響。例如，苯妥英鈉可使膜反應曲線左上移位，奎尼丁使之右下移位。這表明，在這些藥物作用下，Na[SB]+[/SB]通道開放效率仍然是電壓依從性的，但是，同一靜息膜電位水平的0期去極最大速度的數值并不相同，前者高于正常，后者低于正常。

膜反應曲線只描述了靜息膜電位值對Na[SB]+[/SB]通道開放速度即0期去極速度的影響，實際上，由Na[SB]+[/SB]通道開放數量所決定的0期去極幅度也同樣依從于靜息膜電位值。正常靜息膜電位情況下，Na[SB]+[/SB]通道不但開放速度快，而且開放數量也多，動作電位0期去極的速度快，幅度也高（圖4-14，左）；若靜息膜電位值（絕對值）低下，則產生升支緩慢、幅度低的動作電位（圖4-14右）。

圖4-14 靜息膜電位對動作電位升支速度和幅度的影響

S：給予刺激

鄰近未興奮部位膜的興奮性 興奮的傳導是細胞膜依次興奮的過程，因此，膜的興奮性必然影響興奮的傳導。前已述：①靜息膜電位（或最大復極電位）與閾電位的差距及②鄰近未興奮部位膜上決定0期去極的離子通道的性狀，是決定興奮性從而也是影響傳導性的主要因素。當差距擴大時，興奮性降低（所需刺激閾值增高），同時，膜去極達閾電位水平所需時間延長，傳導速度因此減慢。如在鄰近部位形成額外刺激產生期前興奮的情況，由興奮部位形成的局部電流刺激就將在期前興奮復極完成之前到達鄰近部位，如落在期前興奮的有效不應期內，則不能引起興奮，導致傳導阻滯；如落在期前興奮的相對不應期或超常期內，可引起升支緩慢、幅度小的動作電位，興奮傳導因之減慢。可見，不應期的存在，是可能導致興奮傳導障礙的重要因素。

三、自主神經對心肌生物電活動和收縮功能的影響

支配心臟的自主神經及其遞質對心肌生物電活動和收縮功能均產生明顯影響，它們對心肌生物電活動和電生理特性的影響，主要是通過調節離子通道的開放而實現的，而對心肌收縮功能的調節機制則比較復雜；收縮功能的改變，除了是它們引起生物電改變的繼發效應之外，還可能通過其它機制對收縮功能產生直接影響。

（一）迷走神經和乙酰膽堿的作用

迷走神經興奮時，節后纖維釋放遞質乙酰膽堿，激動心肌細胞膜上M型膽堿能受體，產生負性壓力、負性變時和負性傳導性等效應。研究證明，乙酰膽堿能普遍提高K[SB]+[/SB]通道的開放概率，促進外向K[SB]+[/SB]流，是迷走神經心肌效應的主要機制。

K[SB]+[/SB]外流的普遍增加將影響心肌細胞生物電活動的多個環節：①靜息狀態下K[SB]+[/SB]外流的增加將導致靜息電位絕對值增大；因此，靜息電位與閾電位的差距擴大，心肌興奮性有所下降；②在竇房結細胞，復極過程中K[SB]+[/SB]外流增加的結果是最大復極電位絕對值增大；另一方面，其4期K[SB]+[/SB]外流的增加將使I[XB]k[/XB]衰減過程減弱，自動除極速度減慢。這兩方面因素均導致竇房結自律性降低，心率因而減慢；③復極過程中K[SB]+[/SB]外流增加導致復極加速，動作電位時程縮短，有效不應期相應縮短，由于動作電位時程縮短，每一動作電位期間進入細胞內Ca[SB]2+[/SB]量相應減少；除此之外，近年研究還發現，乙酰膽堿有直接抑制Ca[SB]2+[/SB]通道、減少內向Ca[SB]2+[/SB]流的作用。由于進入細胞內Ca[SB]2+[/SB]量減少，心肌收縮能力相應降低，表現出負性變力效應。此外，當左側迷走神經興奮時，房室交界慢反應細胞動作電位幅度減小，興奮傳導速度減慢，這也是乙酰膽堿抑制Ca[SB]2+[/SB]通道、減少Ca[SB]2+[/SB]內流的結果。

（二）心交感神經和兒茶酚胺的作用

心交感神經末梢釋放的遞質是去甲腎上腺素，它與心肌細胞膜β型腎上腺素能受體相結合，通過某種機制（使通道蛋白質磷酸化）改變膜上離子通道的開放概率和其它亞細胞結構的功能，產生正性變力、正性變時和正性變傳導性效應。腎上腺髓質分泌的去甲腎上腺素和腎上腺素，以及外源性β受體激動劑也有類似作用。乙酰膽堿心肌效應的機制相對比較單一，它主要是通過普遍提高膜的K[SB]+[/SB]通道的開放概率而發揮作用的；兒茶酚胺的作用比較復雜，它除了能明顯增加Ca[SB]2+[/SB]通道的開放概率這一主要作用之外，還通過其它多種細胞和亞細胞機制調節心肌的電生理特性和收縮功能。其具體作用和作用機制歸納如下：①兒茶酚胺（去甲腎上腺素、腎上腺素）能加強自律細胞4期的跨膜內向電流I[XB]f[/XB]使4期自動除極速度加快，自律性增高；②在慢反應細胞，由于0期Ca2+內流加強加速，其動作電位上升速度和幅度均增加，房室交界區興奮傳導速度加快；③兒茶酚胺能使復極相K+外流增快，從而使復極過程加快，復極相因此縮短，不應期相應縮短。不應期縮短意味著0期離子通道復活過程加快，這與兒茶酚胺使竇房結興奮發放頻率增加的作用互相協調，使心率得以增加；④兒茶酚胺通過加強心肌收縮能力增強加速心肌的收縮，也加速心肌的舒張，其作用機制比較復雜。很明顯，兒茶酚胺提高肌膜和肌漿網Ca[SB]2+[/SB]通道開放概率的特性將導致細胞內Ca[SB]2+[/SB]濃度增高，提供了促使心肌收縮能力增強的條件；另一方面，兒茶酚胺又促使肌鈣蛋白對Ca[SB]2+[/SB]親和力下降，從而減弱心肌收縮能力。由于兒茶酚胺的前一種作用強于后者，因此，盡管它對心肌收縮能力的兩種作用的方向相反，表現出的最終效果仍是強有力的正性變力作用。在兒茶酚胺作用下，心肌舒張速度增快，整個舒張過程明顯加強，這是兒茶酚胺很具有特征性的一種效應。這種效應是三方面作用的結果：首先，兒茶酚胺促使肌鈣蛋白對Ca[SB]2+[/SB]的釋放速率增加，這是因為兒茶酚胺降低了肌鈣蛋白的Ca[SB]2+[/SB]親和力，Ca[SB]2+[/SB]可以很快從與肌鈣蛋白結合的狀態下解離出來；其次，兒茶酚胺可以提高肌漿網重攝取Ca[SB]2+[/SB]的速度，并可刺激Na[SB]+[/SB]-Ca[SB]2+[/SB]交換，使復極期向細胞排出Ca[SB]2+[/SB]加速。綜合上述，在兒茶酚胺作用下，舒張期胞漿Ca[SB]2+[/SB]濃度下降速度增快，肌鈣蛋白又很快與Ca[SB]2+[/SB]解離，這些作用都有利于肌原纖維中粗、細肌絲的離解，心肌因而以較快的速度完成舒張過程。

心交感神經和兒茶酚胺對心肌的作用是多方面的，很復雜的，但這些效應是互相統一協調的。在心交感神經興奮引起心率加快，從而使心縮期和心舒期都縮短的情況下，心肌舒張加速可以彌補因心室舒張期縮短帶來的心室充盈不足的后果。另一方面，由于收縮能力增強，心肌收縮增強、增快，因此，心臟射血量也不致于因心縮期的縮短而減少；再加上興奮傳導加速，心房肌以及心室肌收縮的同步性有所加強，也促使心房或心室的收縮強度增加，有利于維持心輸出量。這樣，當心交感神經興奮時，在心率加快的同時，搏出量增加或不變，心輸出量因而得以大大增加。

四、體表心電圖

在正常人體，由竇房結發出的一次興奮，按一定的途徑和進程，依次傳向心房和心室，引起整個心臟的興奮；因此，每一個心動周期中，心臟各部分興奮過程中出現的電變化傳播方向、途徑、次序和時間等都有一定的規律。這種生物電變化通過心臟周圍的導電組織和體液，反映到身體表面，使身體各部位在每一心動周期中也都發生有規律的電變化。將測量電極放置在人體表面的一定部位記錄出來的心臟電變化曲線，就是臨床上記錄的心電圖（electrocardiogram,ECG）。心電圖反映心臟興奮的產生、傳導和恢復過程中的生物電變化，而與心臟的機械收縮活動無直接關系。

心肌細胞的生物電變化是心電圖的來源，但是，心電圖曲線與單個心肌細胞的生物電變化曲線有明顯的區別（圖4-15）。造成這種區別的主要原因有以下幾點：①單個心肌細胞電變化是用細胞內電極記錄法得到的，即一個測量電極放在細胞外表面而另一個電極插入到細胞膜內，所測到的電變化是同一細胞的膜內外的電位差，它不僅可測出膜的動作電位，也可測出膜的靜息電位。心電圖的記錄方法原則上屬于細胞外記錄法，它只能測出已興奮部位和尚處于興奮狀態的部位之間的電位差。在靜息狀態下，或是肌膜各部位都處于興奮狀態下時，膜外各部位之間沒有電位差，細胞外記錄曲線都將呈等電位線，不能加以區別；②心肌細胞電變化曲線是單個心肌細胞在靜息時或興奮時膜內外電位變化曲線；而心電圖反映的是一次心動周期中整個心臟的生物電變化，因此，心電圖上每一瞬間的電位數值，都是很多心肌細胞電活動的綜合效應在體表的反映；③與細胞內記錄法不同，心電圖是在身體表面間接記錄的心臟電變化，因此，電極放置的位置不同，記錄的心電圖曲線也不相同。

圖4-15心肌細胞電變化曲線與常規心電圖的比較

A：心房肌細胞電變化 V：心室肌細胞電變化

正常典型心電圖的波形及其生理意義　心電圖記錄紙上有橫線和縱線劃出長和寬均為1mm的小方格。記錄心電圖時，首先調節儀器放大倍數，使輸入1mV電壓信號時，描筆在縱向上產生10mm偏移，這樣，縱線上每一小格相當于0.1mV的電位差。橫向小格表示時間，每一小格相當于0.04s（即走紙速度為每秒25mm）。因此，可以在記錄紙上測量出心電圖各波的電位數值和經歷的時間。

測量電極安放位置和連線方式（稱導聯方式）不同所記錄到的心電圖，在波形上有所不同，但基本上都包括一個P波，一個QRS波群和一個T波，有時在T波后，還出現一個小的U波（圖4-16）。

圖4-16　正常人心電模式圖

1．P波 反映在左右兩心房的去極化過程。P波波形小而圓鈍，歷時0.08-0.11s，波幅不超過0.25mV。

2．Ta波（心房T波）代表心房復極過程所產生的電變化。它開始于P波之后，與P波的方向相反。P-Ta間期（從P波開始到Ta波終了的時程）為0.15-0.45s；故Ta波與P-R段、QRS波和ST段的初期重疊在一起，而且Ta波波幅很低，故通常心電圖上看不出Ta波。

3．QRS波群代表左右兩心室去極化過程的電位變化。典型的QRS波群，包括三個緊密相連的電位波動：第一個向下波為Q波，以后是高而尖峭的向上的R波，最后是一個向下的S波。但在不同導聯中，這三個波不一定都出現。正常QRS波群歷時約0.06-0.10s，代表心室肌興奮擴布所需的時間；各波波幅在不同導聯中變化較大。

4．T波 反映心室復極（心室肌細胞3期復極）過程中的電位變化，波幅一般為0.1-0.8mV。在R波較高的導聯中T波不應低于R波的1/10。T波歷時0.05-0.25s。T波的方向與QRS波群的主波方向相同。

5．U波 是T波后0.02-0.04s可能出現的一個低而寬的波；方向一般與T波一致，波寬約0.1-0.3s，波幅大多在0.05mV以下。U波的意義和成因均不十分清楚。

在心電圖中，除了上述各波的形狀有特定的意義之外，各波以及它們之間的時程關系也具有理論和實踐意義。其中比較重要的有以下幾項：

1．PR間期（或PQ間期） 是指從P波起點到QRS波起點之間的時程，為0.12-0.20s。PR間期代表由竇房結產生的興奮經由心房、房室交界和房室束到達心室，并引起心室開始興奮所需要的時間，故也稱為房室傳導時間；在房室傳導阻滯時，PR間期延長。

2．PR段　從P波終點到QRS波起點之間的曲線，通常與基線同一水平。PR段形成的原因是由于興奮沖動通過心房之后在向心室傳導過程中，要通過房室交界區；興奮通過此區傳導非常緩慢，形成的電位變化也很微弱，一般記錄不出來，故在P波之后，曲線又回到基線水平，成為PR段。

3．QT間期　從QRS波起點到T波終點的時程；代表心室開始興奮去極到完全復極到靜息狀態的時間。

4．ST段　指從QRS波群終了到T波起點之間的與基線平齊的線段，它代表心室各部分心肌細胞均處于動作電位的平臺期（2期），各部分之間沒有電位差存在，曲線又恢復到基線水平。