資源簡介

心電曲線及影響因素
先看一道試題：
心肌細胞產生動作電位如下圖所示，其靜息電位及去極化過程產生原理和神經細胞基本相同，但復極化過程分為1、2、3三個時期，其中2時期心肌細胞膜上K+通道和Ca2+通道開放，3時期Ca2+通道關閉。下列敘述正確的是（ ）
A.0時期處于去極化過程，Na+內流速度逐漸增大
B.2時期K+外流速度約等于Ca2+內流速度的2倍
C.4時期心肌細胞膜需要主動轉運泵入K+和Ca2+
D.血漿中K+濃度升高可使心肌細胞靜息電位絕對值增大
解析：0時期處于去極化過程，與Na+內流速度有關，細胞去極化的速度在動作電位上表現為0期的斜率，由于圖中的斜率幾乎不變，Na+內流速度不變，A錯誤；在2期中，電流凈流量大致為零，說明內向的鈣離子流量與外向的鉀離子流量相互抵消，所以2時期K+外流速度約等于Ca2+內流速度的2倍，B正確；細胞內K+濃度高，細胞外Ca2+高，4時期心肌細胞膜需要主動轉運泵入K+和泵出Ca2+，C錯誤；血漿中K+濃度升高細胞時，則細胞內外鉀濃度差就會變小，可使心肌細胞靜息電位絕對值減小，D錯誤。故答案為B。
這道試題涉及到心電曲線的分析。
2019版高中生物學選擇性必修一介紹了神經纖維上動作電位的產生，缺少曲線分析。因此學生有一定的難度。
心肌細胞具有可興奮性，具體表現為：在心肌細胞受到刺激時，細胞膜上的通道按照一定的方式順序開放和關閉。離子的跨膜轉運導致跨膜電位的變化。以圖形記錄電壓隨時間的變化曲線，就成為了心肌細胞的動作電位。需要注意的是，不同的心肌細胞還是有差異的。
心肌細胞分為心房肌細胞和心室肌細胞。心室肌細胞的動作電位比骨骼肌和神經細胞的動作電位復雜得多。
心室肌細胞的動作電位分為3個階段（五個時相）：去極化期、復極化期、靜息期，其中復極化又可以分為三個階段。給予心肌細胞一次閾上刺激，即可以觀察到心肌細胞動作電位，持續時間約為500－600ms，分為0、1、2、3、4期。
1.心肌細胞的動作電位過程和原理
（1）“0”相－去極化期
心肌細胞受外刺激或鄰位細胞傳來的沖動，使膜的極化程度減少，達到閾電位（－70mv）時，快鈉孔道開放，大量Na＋涌入細胞內，膜內電位急速上升至＋30mv，形成動作電位“0”相。機制與教材中講的神經纖維相似，只不過時間很短，約1－2毫秒（ms），幅度大，約120mv。
與一根神經中的神經纖維不同的是，神經纖維之間是絕緣的，互不干擾，而一個肌肉細胞的去極化可以迅速引起相鄰心肌細胞的去極化。因此，一旦一個心肌細胞受到刺激發生去極化，電脈沖將快速擴布至整個心臟。
（2）“1”相、“2”相和“3”相－復極化期
去極化達到頂峰時，由于Na＋通道快速關閉，復極化立即開始。
心肌細胞復極化，也就是心肌細胞去極化后離子流恢復至原始狀態的過程，在動作電位上表現為1-3期。因為再次去極化只能發生在復極化結束以后，因而1-3期這段時間稱為心肌細胞的不應期。這段時間持續時間長，占動作電位相當的寬度。動作電位2期平臺期是心肌細胞所特有。
“1”相：膜內電位從+30mV到0mV這段時間，以K＋外滲為主，使膜內電位減低，為動作電位“1”相。
“2”相：這是區別于神經細胞和骨骼肌細胞的主要時期。2期除了鉀離子通道介導外，還由慢鈣通道介導，此后由于Ca2＋內流及K＋外滲大致平衡，膜內外電位差接近于零，呈等電位狀態，形成動作電位“2”相平波。干擾2期平臺期，就可以有效延長心肌不應期。
“3”相：膜內0mV電位下降到－90mV電位，經歷的時間是100－150毫秒。隨時間后移K＋外流增加動作電位漸降，降至－55mv時，慢鈣孔道關閉而快鉀孔道進一步開放，形成動作電位“3”相。
（3）“4”相－靜息期
此時期，膜電位已經處于靜息電位水平（－90mV），由于動作電位期間離子發生內外的分布改變，促使鈉鉀泵活動增強。
對于大部分的心肌細胞（試題中應該指的就是這類細胞，心室肌細胞和心房肌細胞），4期靜息期的點位是相對靜止的，跨細胞膜沒有離子的凈移動。第“4”相細胞復極化完了呈舒張狀態，細胞內Na+過多，激活ATP酶，泵出Na+換回K＋，同時Ca2＋與細胞外Na+交換，“4”相電位穩定，從而維持細胞膜內外離子的正常分布。
但在部分細胞的靜息期點位并不靜止（指的是竇房結細胞和蒲肯野細胞），存在離子跨膜轉運，導致跨膜電位的逐步升高。當跨膜電位足夠大時，達到閾值，導致細胞去極化。這種去極化與任何去極化一樣都可以誘發相鄰細胞的去極化，并擴布至整個心臟。這種4期自動去極化稱為心肌細胞的自律性。
自律性是產生心臟正常節律的基礎。正常情況下，竇房結細胞自動去極化最快，成為心臟的起搏細胞。當竇房結細胞自律性受損時，次級起搏細胞（通常位于房室交界區）以相對較慢的頻率起搏心臟（如圖）。
2.影響心肌興奮的主要因素
（1）靜息電位和閾電位的距離
當閾電位不變的情況下，靜息電位值增大，所需的刺激閾值增大，興奮性降低，反之，靜息電位值減小，所需的刺激閾值減小，興奮性升高。例如，血清鉀濃度過低時，細胞內外的濃度差增大，K+外滲透能力增強，靜息電位的值增大，興奮性降低。
在靜息電位不變的情況下，閾電位水平降低，與靜息電位的距離減小，所需要的刺激閾值減小，興奮性升高；反之，閾電位水平升高，與靜息電位的距離增大，所需要的刺激閾值增大，興奮性降低。
（2）平臺期的長短
心動周期中，心臟跳動的時間節律主要就是由平臺期影響的。在平臺期中，內向的鈣離子流量與外向的鉀離子流量相互抵消，所以電流凈流量大致為零，從而形成持續時間很長的平臺期。而當細胞內的鉀離子濃度減少，于是乎鉀離子的濃度梯度變小，外向電流變小，于是平臺期縮短。一旦平臺期縮短，心肌細胞的不應期也相應縮短，于是心跳相應加快。
（3）鈉離子通道的狀態
鈉通道有三種狀態：備用、激活和和失活。鈉通道處于何種狀態取決于當時膜電位以及時間進程，當膜電位處于正常靜息電位時，鈉通道處于備用狀態，此時興奮性正常。當膜電位從靜息電位去極化到閾電位時，大量鈉離子通道處于激活狀態，鈉離子大量內流產生興奮，鈉通道激活后迅速失活，使興奮性為零，只有在膜電位恢復到原來的靜息電位時，鈉離子通道才恢復到備用狀態，其興奮性也恢復到正常。因此，鈉通道是否處于備用狀態，是細胞是否具有興奮性的前提。

展開更多......

收起↑