① 快慢反应自律细胞4期自动除极的形成机制
自律细胞指浦肯野细胞和窦房结细胞,因4期自动除极的特点不同,分别称为快反应和慢反应自律细胞
(1)浦肯野细胞:4期自动除极主要是由随时间推移而逐渐增强的内向电流(If)所致,也有逐渐衰减的外向电流(IK)的参与。内向电流的主要离子成分为Na+也有K+参与。由于内向电流使膜内正电位逐渐增加,膜便逐渐除极,当达到阈电位时即可产生一次动作电位,因此称4期内向电流为起搏电流。
(2)窦房结细胞:4期自动除极也是随时间增长的净内向电流所引起,净内向电流是一种外向电流(IK)和两种内向电流(If和Ica-T)所构成。其中IK通道当膜复极化达—40mv时,开始逐渐失活,K+外流渐渐减少,导致膜内正电荷逐渐增加而形成4期自动除极。目前认为,由IK通道通透性逐渐降低所造成的K+外流进行性衰减,是4期自动除极的最重要的离子基础。If是一种进行性增强的内向离子流(主要为Na+),但它对起搏活动所起的作用远不如IK衰减。If通道的最大激活电位为—100mv左右,而正常情况下,窦房结细胞的最大复极电位仅为—70mv。在这种电位水平下,If通道的激活十分缓慢,这是If在窦房结4期自动除极过程中起作用不大的原因。此外,在4期后半期,T型Ca2+通道被激活,又引起钙内流和膜电位的进一步减小。
② 窦房结 4期机制
4期自动除极是自律性产生的基础,不同类型的自律性细胞,4期除极的速度不同,引起4期自动除极的离子流基础也不同。窦房结自律细胞其4期自动除极是随时间而增长的净向内向电流所引起。它是由Ik,If和Is1-2三重离子电流所组合而成。Ik通道在3期复极达-40mv时便逐渐失活。因而K+的外向电流出现递减,导致膜内正电荷逐渐增多,从而开始出现4期自动除极化现象。这种K+外流的逐渐衰退,是窦房结自律细胞4期自动除极的最重要的离子基础。If是一种进行性增强的内向离子(主要位Na+)流。在窦房结自律细胞4期自动除极过程中虽有作用,但比Ik小得多。在窦房结自律细胞自动除极过程中还存在一种非特异的缓慢内向电流Is1-2,可能是生电性Na+-Ca2+交换的结果。在自动除极的后1/3期间开始起作用,是自动除极过程的末期出现起动电位的电生理基础。
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③ 心肌细胞的动作电位是什么
心肌细胞动作电位是心室肌细胞兴奋的标志,是指一个阈上刺激作用于心肌细胞,引起心肌细胞上特定离子通道的开放及带电离子的跨膜运动,从而引起膜电位的波动。
心肌细胞动作电位全过程包括除极过程的0期和复极过程的1、2、3、4等四个时期。
0期:心室肌细胞兴奋时,膜内电位由静息状态时的-90mV上升到+30mV左右,构成了动作电位的上升支,称为除极过程(0期)。它主要由Na+内流形成。
1期:在复极初期,心室肌细胞内电位由+30mV迅速下降到0mV左右,主要由K+外流形成。
2期:1期复极到0mV左右,此时的膜电位下降非常缓慢它主要由Ca2+内流和K+外流共同形成。
3期:此期心室肌细胞膜复极速度加快,膜电位由0mV左右快速下降到-90mV,历时约100~150ms。主要由K+的外向离子流(Ik1和Ik、Ik也称Ix)形成。
4期:4期是3期复极完毕,膜电位基本上稳定于静息电位水平,心肌细胞已处于静息状态,故又称静息期。Na+、Ca2+、K+的转运主要与Na+--K+泵和Ca2+泵活动有关。关于Ca2+的主动转运形式,当前,多数学者认为:Ca2+的逆浓度梯度的外运与Na+顺浓度的内流相耦合进行的,形成Na+-Ca2+交换。
(3)4期自动去极的离子流扩展阅读:
心肌细胞生物电产生的基础:心肌细胞跨膜电位取决于离子的跨膜电-化学梯度和膜对离子的选择性通透。
记录心肌细胞的动作电位,可以用来研究心肌细胞电生理特征及活动规律,以及各种内外环境变化及药物对心脏活动的影响。不同的心肌细胞具有不同种类和特性的离子通道,所以不同部位的心肌细胞动作电位的开关及电生理特征不尽相同。
1、窦房结P细胞跨膜电位及产生机理
P细胞动作电位的主要特征4期膜电位不稳定,可发生自动除极,这是自律细胞动作电位最显著的特点。此外:
除极0期的锋值较小,除极速度较慢,约为10V/s,0期除极只到0mV左右。
复极由3期完成,基本没有1期和2期。
复极3期完毕后进入4期,这时可达到的最大膜电位值,称为最大舒张电位(或称最大复极电位),约为-70mV。
2、P细胞动作电位的形成及离子流的活动
0期除极的形成:0期除极的内向电流主要是由钙离子负载的。
3期复极的形成:0期除极后,慢钙离子通道逐渐失活。3期是由钙离子内流和钾离子外流共同作用的结果。
4期自动除极的形成:当前研究与三种离子流有关。
A:钾离子外流的进行性衰减;
B:钠离子内流的进行性增强;
C:生电性Na+--Ca2+离子交换。
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心肌细胞的跨膜电位及产生机制
1.心室肌细胞的跨膜电位及机制
心室肌细胞静息电位约为-90mv,其形成机制与骨骼肌类似,是K+平衡电位、少量Na+内流和生电性Na+-K+泵活动的综合反映。但心室肌细胞的动作电位与骨骼肌和神经细胞的明显不同,见左图。
(1)心室肌细胞和窦房结细胞动作电位的产生机制 见下表,注意比较。
分期 心室肌细胞动作电位的产生机制 窦房结细胞动作电位的产生机制
静息电位 大量K+外流达平衡,少量Na+内流 同左
0期(去极化过程) 快Na+通道开放,Na+内流增加 ca2+缓慢内流
1期(快速复极初期) 快Na+通道关闭,一过性K+外流(Ito)增加 无
2期(平台期) Ca2+内流、少量Na+负载、K+外流 无
3期(快速复极末期) Ca2+内流停止,K+外流增多 K+外流超过Ca2+内流
4期(静息期/自动去极化) 钠泵(将Na+排出细胞外,摄入K+)Na+-ca2+交换体(将Ca2+排出细胞外)
钙泵(将少量Ca2+排出细胞外) K+外流逐渐减少(主要因素)Na+、Ca2+内流逐渐增加
A.Na+内流
B.Ca2+内流
C.Cl-内流
D.K+内流
E.K+外流
【例l】2004N095B窦房结细胞动作电位0期去极化的原因是
【例2】2004N0968心室肌细胞动作电位3期复极化的原因是
A.K+外流
B.Ca2+内流
C.二者均有
D.二者均无
【例3】2002N0117C心室肌细胞动作电位平台期离子流有
【例4】2002N0118C窦房结细胞动作电位4期离子流有
【例5】1997N03A、1996N09A心室肌细胞动作电位平台期,主要是由哪些离子跨膜运动形成的?
A.Na+内流,cl-外流
B.Na+内流,K+外流
c.Na+内流,Cl-内流
D.Ca2+内流,K+外流
E.K+内流,Ca2+外流
(2)心室肌细胞动作电位的常考特点
①O期去极速度快、幅度高。
②有平台期、有超射。有平台期是心室肌细胞动作电位持续时间较长的主要原因,也是它区别于骨骼肌细胞和神经细胞动作电位的主要特征。
③静息电位负值大,达-90mV。
④4期电位稳定,无自动去极化
2.窦房结细胞的跨膜电位及机制 窦房结细胞是自律细胞,其动作电位示意图见前图,其产生机制见前表。
3.心室肌细胞、窦房结起搏细胞和浦肯野细胞跨膜电位的不同点如下:
4.窦房结起搏细胞动作电位的特点
(1)最大特点就是有明显的4期自动去极化,且自动去极速度快(0.1v/s)。4期自动去极是自律细胞产生自动节律的基础。优势起搏细胞的舒张去极速度最快,在每次心搏活动中,它最先去极达到阈电位水平,产生一个新的动作电位。正因为窦房结起搏细胞的4期自动去极速度快,才使之成为心脏正常的起搏点。
(2)其动作电位由0期(去极化)、3期(复极化)和4期(自动去极)组成,无l、2期。
(3)最大复极电位(-70mV)及阈电位(--40mV)的绝对值均低于心室肌细胞。
(4)最大复极电位、阈电位的绝对值小于浦肯野细胞。0期去极化幅度较小(70mV),时程较长(约7ms)。
(5)无明显超射。
A.动作电位去极相有超射现象
B.复极时间长于去极时间
C.有复极2期平台期
D.有明显的4期自动去极化
E.动作电位的总时间长于骨骼肌
【例6】1995N01018心室肌细胞动作电位的主要特点是
【例7】1995N0101B窦房结细胞动作电位的主要特点是
A.0期去极速度快、幅度高
B.4期电位不稳定
C.二者都是
D.二者都不是
【例8】1993N0107C心室肌细胞动作电位的特征是
【例9】1993N0108C浦肯野细胞动作电位的特征是
A.0期去极速度快、幅度高
B.4期自动去极
C.两者均有
D.两者均无
【例10】1998N0119C窦房结细胞动作电位的特征是
【例11】1998N0120C浦肯野细胞动作电位的特征是
5.浦肯野细胞动作电位的特点
(1)与心室肌细胞相似,0期去极化速度快、幅度大。
(2)与窦房结细胞相似,4期自动去极化,但去极化速度(0.02V/s)要明显慢于窦房结起搏细胞的去极化速度(0.1V/s),因此浦肯野细胞的自动兴奋频率要低于窦房结细胞。
(3)4期自动去极化的离子基础与窦房结细胞不同。浦肯野细胞为一种外向电流(1 k)逐渐减弱和内向电流(1f)的逐渐增强。窦房结细胞为一种外向电流(1k)逐渐减弱和两种内向电流(1f、ICa-T的逐渐增强。
7.Na+通道的生理学特性
Na+通道的生理学特点经常考,内容散见于教科书各章节,现归纳总结如下。
(1)离子选择性该通道最适合Na+通过。对于大多数可兴奋细胞而言,Na+通道开放与否决定其兴奋性的有无。
(2)电压门控性Na+通道是电压门控通道,主要表现在:
①易受静息电位影响静息电位绝对值越大,处于备用状态的Na+通道越多。静息电位可影响Na+通道开放的数量和速度,从而影响动作电位最大去极化速度和幅度。
②去极化达一定程度才开放只有去极化达阈电位水平,通道才能开放,Na+内流而产生动作电位。
③复极化程度影响Na+通道的复活 只有复极化到一定程度,才能由失活状态恢复到备用状态。
④易受[Ca2+]。的影响
(3)时间依从性If通道(一种Na+通道)具有时间依从性,即随时间的推移而逐渐增强。
(4)各种可兴奋细胞的Na+通道特性心室肌细胞Na+通道的特性与骨骼肌、神经细胞的Na+通道不完全相同,一般对河豚毒不敏感。
(5)两种Na+通道的比较
1Na通道 1f通道
特性 快通道,激活开放和失活关闭的速度很快 缓慢激活,具有时间依从性
开放 0期 4期
激活 去极化达-70mV 3期复极化达-60mV(-100mV时充分激活)
失活 0期去极化达0mV 4期去极化达-50mV
参与 心室肌细胞0期去极化 窦房结、浦肯野细胞4期自动去极化
记忆:①快Na+通道的阈电位为-70mV;L型Ca2+通道为-40mV;T型Ca2+通道为-50mV。
②骨骼肌细胞和神经细胞的Na+通道阻断剂为河豚毒,心室肌细胞一般对河豚毒不敏感。
③K+通道的阻断剂为四乙胺。
④L型Ca2+通道的阻断剂为Mn2+、维拉帕米;T型Ca2+通道的阻断剂为Ni2+ (镍).
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