心肌细胞的生物电现象说明

心脏的活动是以心肌细胞的生物电产生为基础的，心肌细胞可分为两大类：一类是普通的心肌细胞，又称工作细胞，包括心房肌和心室肌，有收缩性、兴奋性和传导性，没有自律性，是非自律细胞；另一类是组成特殊传导系统的心肌细胞，主要包括窦房结P细胞和浦肯野细胞，有兴奋性、自律性和传导性，又称自律细胞，其收缩功能基本丧失。

（一）心肌细胞的跨膜电位及其形成机制

1.心室肌细胞的跨膜电位及其形成机制人和哺乳动物的心室肌细胞和骨骼肌细胞一样，静息电位约-90 mV。心室肌细胞静息电位的形成机制与骨骼肌相同，即K+顺其浓度梯度由膜内向膜外扩散所达到的平衡电位，是静息电位产生的机制。但两者的动作电位有明显不同。心室肌细胞动作电位的主要特征在于复极过程比较复杂，持续时间很长。通常用0、1、2、3、4等数字分别代表心室肌细胞动作电位的各个时期（图10-2-1）。

图10-2-1　心室肌动作电位

（1）去极过程（0期）：此期与神经纤维的去极化过程相似。表现为陡直的升高，膜内电位由静息时的-90 mV迅速上升到+30 mV左右，使膜原有的极化状态消除并呈极化倒转。此期形成的机制与神经纤维相同，是Na+大量内流的结果。

（2）复极过程：历时较长，又可分为4期。

1）1期（快速复极初期）：膜内电位由+30 mV快速下降到0 mV左右。其形成机制是由于心肌细胞上的Na+通道已经关闭，Na+内流停止，而膜对K+的通透性增加，K+快速外流，使膜内电位快速下降。

2）2期（缓慢复极期，平台期）：此期膜电位保持在近零电位水平，形成平台状。平台期是心室肌细胞动作电位的主要特征。此期的形成主要是由于细胞膜上Ca2+通道已开放，Ca2+缓慢而持久地内流，同时少量的K+外流，两种离子电荷相同，流动方向相反，致使复极过程较长时间停留在0 mV水平。

3）3期（快速复极末期）：此期膜电位快速下降，直至降到静息电位水平，完成复极过程。此期的形成是由于Ca2+通道已关闭，Ca2+内流停止，而细胞膜对K+的通透性增高，K+快速外流造成的。

4）4期（静息期）：此期膜内电位稳定在静息电位水平。由于在动作电位发生过程中，有一定量的Na+、Ca2+内流和K+外流，使细胞内、外原有的离子浓度有所改变，这种改变激活了细胞膜上的离子泵，将Na+、Ca2+迅速泵出，将K+泵入，从而恢复膜内、外正常离子浓度。

2.窦房结等自律细胞的生物电特点　与心室肌细胞相比，自律细胞动作电位的3期复极末达到最大值后，4期的膜电位并不稳定于这一水平，而是开始自动缓慢去极化，去极化达到阈电位后可引起兴奋，产生一次新的动作电位（图10-2-2）。这种4期的自动去极化，是自律细胞与非自律细胞的生物电现象的主要区别，也是形成自律性的基础。

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图10-2-2　窦房结细胞动作电位

（二）体表心电图

在正常人体，由窦房结发出的一次兴奋，按一定的途径和进程，依次传向心房和心室，引起整个心脏的兴奋。这种生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液，反映到身体表面，使身体各部位在每一心动周期中也都发生有规律的电变化。将测量电极放置在人体表面的一定部位记录出来的心脏电变化曲线，就是临床上记录的心电图（ECG）。它可以反映心兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化，具有重要的临床意义，而与心脏的机械收缩活动无直接关系。

将测量电极安放位置和连线方式（称导联方式）不同所记录到的心电图，在波形上有所不同，但基本上都包括一个P波、一个QRS波群和一个T波，有时在T波后，还出现一个小的U波（图10-2-3）。

图10-2-3　正常心电图模式图

1.P波　两心房去极化过程。P波波形小而圆钝，历时0.08～0.11 s，波幅不超过0.25 mV。

2.QRS波群　左右两心室去极化过程的电位变化。典型的QRS波群，包括三个紧密相连的电位波动：第一个向下波为Q波，以后是高而尖峭的向上的R波，最后是一个向下的S波。正常QRS波群历时0.06～0.10s，代表心室肌兴奋扩布所需的时间；各波波幅在不同导联中变化较大。

3.T波　心室复极（心室肌细胞3期复极）过程中的电位变化，波幅一般为0.1～0.8 mV。T波历时0.05～0.25s。T波的方向与QRS波群的主波方向相同。

4.PR间期（或PQ间期）是指从P波起点到QRS波群起点之间的时程，为0.12～0.20 s。PR间期表示由窦房结产生的兴奋经心房、房室交界和房室束到达心室，并引起心室开始兴奋所需要的时间，故也称房室传导时间。在房室传导阻滞时，PR间期延长。

5.QT间期 从QRS波群起点到T波终点的时程，表示心室开始兴奋去极到完全复极到静息状态的时间。

6.ST段 指从QRS波群终点到T波起点之间的与基线平齐的线段，它表示心室各部分心肌细胞均处于动作电位的平台期（2期），各部分之间没有电位差存在，曲线又恢复到基线水平。