离子在心室肌细胞电活动中的作用
(一)K+在心室肌细胞电活动中的作用
K+参与心室肌细胞静息电位和动作电位1~3期的形成。
静息状态下(相当于心室处于舒张期),心肌细胞膜上K+通道开放,内向整流钾电流(inward rectifier K+current,Ik1)激活,K+外流,形成和维持静息电位。Ik1在静息状态被激活,随膜除极而减弱的现象称为内向整流。
当Na+内流使膜除极的同时,使膜上另一种K+通道开放。该通道具有快速激活和失活的特征,因此,形成短暂的外向电流(transient outward K+ current,Ito)。该电流随Na+内流停止而占优势,导致的K+外流使膜进入动作电位的复期1期,该期持续10ms左右。
在膜除极时,膜上具有电压和时间依赖性的K+通道激活,由于该通道激活后要延迟3~4ms才开放和引起K+外流,故称之为延迟整流性钾电流(delayed rectifier outward K+current,Ik)。
随着Ito开放5~10ms后失活,动作电位进入复极2期。L型Ca2+通道激活引起Ca2+内流(ICa),使膜去极化,Ik使膜复极化。由于两种电流相互平衡,记录到的电位图形比较平坦,故又称2期为平台期。L型Ca2+通道随时间延长而失活关闭,Lk进一步增大,转入3期复极。在复极晚期,Ik1亦参与作用,直至复极完成。
(二)Na+在心室肌细胞电活动中的作用(https://www.daowen.com)
在心肌受到阈刺激(在体心脏心室接受来自窦房结发放的冲动)时,细胞膜上的Na+通道开始激活,少量Na+内流使膜在静息电位的基础上发生去极。Na+内流引起的膜电位变化以正反馈机制使膜上电压门控性Na+通道开放。当膜去极到能使膜上的快Na+通道全面激活的临界电位值(该电位值称为阈电位,心室肌细胞的阈电位一般为-70mV)时,膜上的Na+通道大量开放,钠电流(sodium current,INa)瞬时增大,使膜在1~2ms内经历由静息电位到阈电位、再发展到去极完毕(膜电位为零)和反极化(膜电位为+30mV)的电位变化过程(动作电位的0期)。Na+通道激活和失活都很快(小于10ms),称为快通道,可被河鲀毒(tetrodotoxin)阻断。
(三)Ca2+在心室肌细胞电活动中的作用
在动作电位的0期,膜去极达-40mV时,膜上电压门控性的长时型(long lasting type,L)Ca2+通道开始激活,在膜上出现钙电流(calcium current,ICa)和INa(因该通道允许少量Na+通过)。Ca2+通道全面激活需时20~30ms,由激活到失活需时100~300ms,同Na+通道比较,Ca2+通道称为慢通道,可被维拉帕米(verapamil)阻断。
2期持续时间长可达100~150ms,是心室肌细胞在一次兴奋后有效不应期长的主要原因;内流的Ca2+具有触发肌质网释放Ca2+和参与心肌细胞收缩的作用,同时,也为膜上的Na+通道由失活转为复活提供了条件。
随着时间的发展,膜上Ca2+通道失活关闭,ICa停止,2期结束而进入复极3期。首先是Ik增强使膜迅速复极。3期晚期的膜电位变化又使Ik1激活。Ik和Ik1共同作用,使膜快速复极至静息电位水平,3期历时100~150ms。
从0期去极开始至3期复极完毕的时间称为动作电位时程(action potential duration),在心室肌细胞为200~300ms。
值得指出的是,目前研究表明心外膜下心肌细胞膜上的K+通道密度高,K+外流的速率大,复极速度快,故动作电位时限较心内膜下心肌细胞的短。心外膜下接近心室壁中层部位的心肌称为M区,此区的心肌细胞在形态上同心内膜和心外膜下心肌不同,其0期去极速率快,动作电位时程和不应期较长。不同部位的心室肌细胞动作电位时程和不应期存在的差异,进一步表现为对各种生理和病理因素的反应各具特性,通常称这种特性为心室肌细胞的电生理异质性(electrophysiological heterogeneity)。这种异质性在高K+和心肌缺血时变得更为明显,由此可致室性心律失常。