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心肌动作电位(cardiac muscle action potential)

心肌动作电位(cardiac muscle action potential)

1. 心肌的动作电位:
A. 可分为可收缩性心肌(如:心房和心室的肌肉,占心肌总量99%)和自发性心肌(如:AV node、SA node,占心肌总量1%),
B. 区分的原因:
可收缩性心肌去极化的速度快而自发性心肌的去极化速度较慢,所以可收缩性心肌为Fast response型,自发性心肌为Slow response型。
2. 可收缩性心肌(心房和心室的肌肉):
A. 去极化速度快,为Fast response型(快速反应型)
B. 整个动作电位完成时间为250mS~300mS,比其它骨骼肌或神经完成的时间长很多(骨骼肌或神经:1~2mS)
C. 过程(Ionic Basis of The Fast Response):

Phase 0 去极化

Upstroke,Depolarization

原始膜电位为-90mV*1,受到自发性细胞传来的电讯刺激时,使膜上的fast Na+ channels开启(快开快关),大量Na+流入细胞内,造成迅速去极化而膜电位迅速上升到+20 mV

Phase 1早期再极化

(Early Repolarization)

Fast Na+ channels关闭(快开快关)

去极化的高电位造成对电位敏感的K+ channels开启K+流向细胞外(细胞内K+较多),使膜电位下降导致早期的再极化


有些物种是调控氯离子管道、钾离子管道

Phase 2平原期

(Plateau)

K+ channels持续开启

而高电位同样使对电位敏感的L-type Ca2+ channels 开启(慢开慢关,所以较Kchannels晚开启),使Ca2+流入胞内,抵消了K+离子的流出,使膜电位暂时的稳定(mV>0)

Phase 3最终再极化

(Final Repolarization)

L-type Ca2+ channels关闭

更多K+ channels 开启(与前面叙述的K+ channels种类不同-->ikx),使K+流出细胞,造成再极化,回到静止膜电位-90mV

Phase 4 恢复期

(Restoration of

ionic concentration)

K+ channels 关闭,而细胞膜上的

1.      Na+/K+ ATPase(使Na+K+)

2.      Na+/Ca2+ exchanger(使Ca2+Na+)

3.      ATP-driven Ca2+ pump(消耗ATPCa2+打出细胞外)


4. Ik1会使得细胞的膜电位再次上升,准备开启下一次的去极化

恢复静止膜电位时的离子浓度分布
* 从第0期到第3期称为ERP(effective refractory period,绝对不反应期,大概200mS);第4期到恢复原始电位称为RRP(relatively refractory period,相对不反应期),所以心肌生产生一次动作电位至少要隔200mS后才可再兴奋,整个动作电位完成时间为250mS~300mS
*  总结整个动作电位的离子通道开关情形:
Phase 0:Na+通道打开,使Na+流入细胞内
Phase 1:Na+通道关闭,K+通道打开,K+流出胞外
Phase 2:K+通道打开,Ca2+通道打开(L-type),Ca2+流入胞内
Phase 3:Ca2+通道(L-type)关闭,K+通道依然打开
注1: 收缩性心肌细胞上的K+通透性佳,所以膜电位接近K+的平衡电位
主要是ik1钾离子通道的功劳
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可收缩性心肌动作电位示意图

资料来源:rahulgladwin
D. 心脏肌肉的不同收缩
可以发现到钾离子通道有不止一种,从心内膜到心外膜分别是iks, ikr, ikur三种不同开关速度的钾离子通道,其中iks=slow, ikr=regular, ikur=ultra-regular,开关速度越来越快,所以心外膜的动作电位已经完成,心内膜仍在去极化,所以会呈现正的T波,反之若内部去极化相当快速,则会产生倒转T(reverse T wave)

资料来源:pt-br.aia1317
1. 自发性心肌(automaticity):
A. 去极化速度慢,为Slow response型
B. 整个动作电位完成时间为250mS~300mS,与收缩性心肌相同
C. 过程(Ionic Basis of The Slow Response):

Phase 4 缓慢去极化

(Slow Depolarization)

细胞再极化后达到约-65mV,此时funny channels开启,此通道允许Na+K+离子进出,但对Na+(流入细胞)之通透性优于K+(流出细胞),导致膜电位缓慢上升,此时T-type Ca2+ channels 开启(快开快关),Ca2+流入,使膜电位到达阈值-40mV,产生动作电位此为能够自主产生动作电位的原因*3
Phase 0 去极化

Upstroke(Depolarization)

当膜电位超过阈值时,会打开L-type Ca2+ channels(慢开慢关),Ca2+流入,造成去极化达到约+5mV*4

Phase 3 再极化

(Repolarization)

L-type Ca2+ channels关闭

细胞处高电位状态使K+ channels开启,K+流出细胞,产生再极化,降至约-65mV再开启funny channels,回到Phase 4进行循环

Phase 4的斜率与反应的快速有关:交感神经兴奋时,会让自发性放电便比较快,即是因为交感神经作用于此时,斜率会变大变垂直,造成到达阈值的时间缩短,所以自律心肌的频率就会加快;而当副交感神经作用于此,斜率会变小变平滑,加长到达阈值的时间,所以自律心肌的频率就会减慢
Ÿ   总结整个动作电位的离子通道开关情形:
 Phase 4:Na+、K+、Ca2+(T-type)通道皆开
    Phase 0:通道打开流入(L-type)
 Phase 3:通道关闭,通道打开流出
自发性心肌动作电位示意图

资料来源:cvphysiology
注2:自发性心肌的原始膜电位大概在-60mV,可允许膜上的离子通道自发性的流动(包含Na+、K+、Ca2+,其中Ca2+是T type),使的膜电位会因为这些离子的进出而缓慢的去极化,上升的膜电位一直到-40mV时,就到达自发性动作电位的阈值(阈值约为-40mV),产生完整的动作电位(以上亦为自发性心肌会自发的原因)
Ÿ注3:开始产生动作电位后,只有Ca2+(L-type)通道参与(因没有Na+通道参与,且Ca2+通道为慢开慢关型,所以去极化的速度较为缓慢,不像收缩性心肌去极化那样快),膜电位缓慢上升至+5mV
4.          收缩性心肌与自发性心肌的比较
A.        相同点:
Ÿ   完成一次完整的动作电位所需时间皆相同(250~300mV)
Ÿ   完整的动作电位皆有Na+、K+、Ca2+三种离子通道参与
B.         相异点:
注4:去极化速度为区分收缩性心肌和自发性心肌的主要原因
注5:去极化的快慢与图形上的斜率成正比,越快斜率越大越垂直;反之斜率越小越平滑


收缩性心肌

自发性心肌

去极化速度

Fast response

Slow response

静止膜电位

-90mV

-40~-60mV之间飘移

去极化后最高膜电位

+20 mV

+5 mV

改变的振幅

平原期

主要K+、Ca2+离子通道打开缘故,维持一段时间

参与去极化的离子通道

只有Na+(快开快关因此去极化较快)

只有Ca+离子通道(L-type)

不像Na+开得快,去级化较慢

Ca2+通道

只有L-type参与

(phase 2)

L-type(phase 0)

T-type(phase 4)

▼心脏(heart)
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▼心肌(cardiac muscle)
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