心脏的兴奋收缩耦联与心电图资料下载.pdf

心脏的兴奋收缩耦联与心电图资料下载.pdf

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在哺乳动物的单个心肌细胞去极化后,可以看到该细胞两种类型的收缩反应:

位相性收缩:

最先出现,快捷而持续时间短;

张力性收缩:

位相性收缩之后,持续到动作电位复极后完成。

不论哪种收缩,两者与心肌细胞兴奋之间的耦联因子都是Ca2+（图1）。

业已明确,兴奋与收缩之间的相互作用呈双向性,两者间的反向作用称为机械电反馈,该作用依赖牵张激活的离子通道。

这一反向作用表现为心肌细胞及心肌组织机械收缩的张力、长度与方位的变化能够影响心肌细胞和组织的电位与兴奋,影响心脏的电功能。

总之,心脏的电和机械功能完全被整合为一体,深入探讨与研究两者的相互作用可能为顽固性心脏疾病,尤其是致命性心律失常的治疗和预防提供新线索。

二.兴奋与收缩耦联的发生过程兴奋与收缩的耦联间期约4060ms,两者耦联的因子为Ca2+,而耦联的过程并非十分复杂。

（一）Ca2+跨心肌细胞膜的转运Ca2+是心肌兴奋与收缩的耦联因子,Ca2+跨心肌细胞膜的转运,钙稳态与钙瞬变等概念十分重要。

1.心肌细胞的钙稳态钙的稳态表现在3个方面:

舒张期钙稳态:

此时心肌细胞内Ca2+浓度为10-7mol/L,细胞外Ca2+浓度为10-3mol/L,细胞外Ca2+浓度是细胞内浓度的1万倍,这使Ca2+可顺浓度阶差跨细胞膜转运到细胞内,尤其当细胞膜对Ca2+的通透性升高时;

收缩期钙稳态:

心肌收缩时,细胞内游离Ca2+浓度骤然升高100心脏的兴奋收缩耦联与心电图郭继鸿【关键词】兴奋收缩耦联;

钙瞬变;

肌浆网中图分类号R329.2+5R540.4+1文献标识码A文章编号1005-0272（2007）05-325-08作者单位:

北京大学人民医院（100044）图1心脏的兴奋收缩耦联示意图图中显示电和机械活动之间的相互作用呈双向性325JClinElectrocardiol,2007,Oct.16.No5图2Ca2+跨心肌细胞膜各种转运方式的示意图电压依赖性Ca2+通道:

包括L型和T型两种,都参与心脏自动节律性的产生（图3）。

其中L型Ca2+通道激活开放的阈电位-40mV,开放后失活很慢,可被二氢吡啶类药物阻断,故又称为二氢吡啶受体,参与心肌兴奋收缩的耦联过程。

其与肌浆网Ryanodine受体（RYR2）的关系密切,可触发后者快速释放Ca2+而引起心肌收缩。

受体操纵性Ca2+通道的作用与机制尚不清楚。

（2）Na+-Ca2+交换体:

Na+与Ca2+跨心肌细胞膜的耦联交换呈双向性,交换时都是3个Na+交换1个Ca2+。

收缩期Ca2+内流,因此3个Na+从细胞内向外排出的同时耦联1个Ca2+内流;

而舒张期Ca2+外流,此时3个Na+从细胞外内流的同时耦联1个Ca2+外流。

兴奋收缩耦联过程中的舒张期,Ca2+的浓度必需在极短的时间内迅速下降才能引起舒张,其中80%的Ca2+经肌浆网重摄取,另外20%的游离Ca2+则经Na+-Ca2+交换体排到细胞外,因此,Na+-Ca2+交换体对心肌舒张功能的作用十分重要。

（3）Ca2+泵:

Ca2+泵又称Ca2+-ATP酶,其功能是将胞浆的Ca2+转运到心肌细胞外,这是一种耗能的逆浓度差转运,钙泵将心肌细胞内的Ca2+向细胞外的转运对心肌收缩张力的调控也很重要。

转运中分解和消耗1分子的ATP可泵出1分子的Ca2+到细胞外,同时交换H+进入细胞内（图2）。

（二）Ca2+跨肌浆网的转运肌浆网（sarohleasnicreticulumSR）是分布于整个心肌细胞内纤细的网状结构,其肌膜结构类似细胞膜的双层脂质结构,对Ca2+有摄取、释放、贮存三大功能,起到调节细胞内游离Ca2+浓度的关键性作用,也是心肌细胞收缩与舒张的最重要决定因素。

肌浆网释放和摄取Ca2+主要通过RYR（Ryan-odinereceptor）受体和IP3受体两个家族调控。

其特点:

受细胞内游离Ca2+浓度的调节而发生肌浆网膜通道的开放与关闭（释放与摄取Ca2+）;

通道呈快速爆发性开放和关闭,通道爆发性开放仅持续1到数毫秒,表现出最大速度的Ca2+释放,迅速的释放可使胞浆中游离的Ca2+浓度骤然上升100倍而引起心肌收缩。

心肌收缩后,肌浆网对Ca2+发生爆发式的再摄取,细胞浆中游离的Ca2+迅速摄取到肌浆网后,通道很快关闭。

上述这种细胞浆Ca2+浓度一定程度的升高引起大量Ca2+从肌浆网释放的现象称为钙火花,是钙瞬变倍（从10-7升高到10-5mol/L）,而收缩期后,在极短的时间细胞内游离Ca2+的浓度回降100倍后（降回到10-7mol/L）才能引起心肌舒张;

心肌细胞和组织的收缩力受细胞内Ca2+浓度的调控,能够改变钙稳态的药物及其他因素都能影响心肌收缩力。

当钙稳态被破坏时,细胞内Ca2+浓度异常升高（Ca2+超载）,只要持续几秒钟就能引起细胞的不可逆损害。

2.Ca2+跨心肌细胞膜的转运Ca2+跨心肌细胞膜的转运主要经二进二出的途径:

（1）细胞膜上的Ca2+通道:

这种通道激活后,Ca2+经开放的通道进入细胞内,其包括电压依赖及受体操纵性两种Ca2+通道（图2）。

326临床心电学杂志2007年10月第16卷第5期的一种形式。

（三）Ca2+与心脏的电兴奋Ca2+与心脏电活动有多方面的关系,包括与心脏的自律性,普通心肌细胞的动作电位及不应期,以及兴奋收缩耦联中的作用等。

1.与心脏电活动起源的关系人体心脏电活动起源于窦性激动,窦房结内有自律性的起搏P细胞属于慢反应纤维,起搏P细胞的除极不是因快速的钠内流产生,而是由缓慢的钙内流形成（图3B、图4B）,当膜电位去极化达到阈电位-40mV时钙通道激活后开放,Ca2+带着正电荷缓慢内流并导致窦房结起搏P细胞的缓慢除极（0相）。

可以看出,心肌细胞表现出的快、慢反应电位的特点全然不同。

2.与心房或心室肌细胞电活动的关系普通心房肌或心室肌细胞的动作电位表现为快反应电位,其复极的2相平台期主要是缓慢而持续的Ca2+内流形成。

当膜电位约-55mV时,T型和L型Ca2+通道相继激活开放,Ca2+沿较高的浓度差跨膜缓慢内流,这种缓慢而持续的内流使细胞膜内的电位保持在较高水平形成2相平台期（图3、图4）。

Ca2+通道的失活比激活更慢,使钙内流微弱而时间持久,2相平台期及钙内流不仅与心房、心室肌细胞的动作电位时程及不应期有关,也和电兴奋引起心肌的收缩有关。

所以,Ca2+对心脏电活动的作用至关重要,关系密切（图3、图4）。

（四）Ca2+与心肌的收缩心肌的收缩和舒张主要由心肌细胞肌凝蛋白（粗肌丝）和肌动蛋白（细肌丝）两种收缩蛋白共同完成。

舒张期在两者之间存在位阻效应,即原肌凝蛋白丝在肌钙蛋白的作用下,阻碍了肌凝蛋白和肌动蛋白的接触及发生横桥滑动,因而保持舒张状态（图5A）。

当细胞浆游离的Ca2+达到一定浓度时,游离的Ca2+与肌钙蛋白C形成复合物,使原肌凝蛋白丝的位置移动,使原来的位阻效应去除,这使肌凝蛋白的横桥（头部）与肌动蛋白接触而发生同步的横桥及肌动蛋白细肌丝的滑动,本来已位于肌节中央部位的肌凝蛋白通过自己的横桥滑动而拉动肌动蛋白细肌丝向肌节中央方向滑行一定的距离,结果肌节长度缩短而产生收缩。

因此心肌收缩的本质只是肌动蛋白细肌丝随着横桥的一种滑动,而不是肌丝的真正短缩（图5、图6）。

当胞浆中Ca2+的浓度降低时（肌浆网摄取80%,Na+-Ca2+交换体排出20%）,Ca2+与肌钙蛋白C解离,使原肌凝蛋白丝又回到原来的位置而产生位阻效应,使肌凝蛋白的横桥和肌动蛋白的接触再次分离而退回原位置,肌节伸长而舒张。

因此,胞浆中游离Ca2+的增多,起到关键性的消除位阻效应而引起收缩,当Ca2+浓度下降时,位阻效应重新发生而产生舒张（图5、6）。

（五）心肌兴奋与收缩耦联过程的三步曲1.钙瞬变钙瞬变是指细胞动作电位或其他原因引起心肌细胞内游离Ca2+浓度迅速波动的现象。

换言之,心肌图3Ca2+在自律性及非自律性心肌细胞动作电位中的不同作用327JClinElectrocardiol,2007,Oct.16.No5图4Ca2+在心肌细胞快反应和慢反应电位中的不同作用细胞外的Ca2+经L或T型通道进入细胞内并触发肌浆网爆发性释放大量Ca2+,使细胞内游离Ca2+浓度骤然升高100倍,这种类型的钙瞬变又称钙火花。

2.去位阻作用心肌细胞的肌凝蛋白与肌动蛋白在舒张期呈分离状态,这是原肌凝蛋白丝将两者分开的结果。

当胞浆内骤然升高的Ca2+与肌钙蛋白C结合后产生去位阻效应,即原肌凝蛋白丝移位使肌凝蛋白的横桥发生滑动并同时拉动肌动蛋白细肌丝向肌节中央部位移位,产生心肌细胞的收缩。

3.位阻效应重现舒张期肌浆网重新摄取胞浆中增高的游离Ca2+,以及Na+-Ca2+交换体将部分游离的Ca2+排出细胞外,结果胞浆游离Ca2+浓度降低并与肌钙蛋白C分离,位阻效应重现而发生心肌的舒张。

因此,Ca2+在心肌的兴奋与收缩耦联现象中起到递质样作用,十分关键。

三.心脏的兴奋收缩耦联与临床

（一）心肌兴奋收缩耦联的几种类型1.正常的兴奋收缩耦联正常时,心房或心室肌细胞和组织发生兴奋后,间隔4060ms开始收缩,继而舒张。

2.兴奋收缩的脱耦联兴奋与收缩的脱耦联又称电和机械的分离。

由于心肌细胞肌浆网贮存Ca2+的数量本来就比骨骼肌少,因而其对心肌细胞膜外的Ca2+内流以及触发肌浆网释放Ca2+的依赖性较大,这使心肌细胞外的Ca2+浓度对心肌收缩力的影响较大。

当细胞外Ca2+浓度降低时心肌收缩力减弱。

犬的试验表明,试验犬呼吸停止后,心脏的机械活动仅能维持10min,而心电活动则可维持50min。

临床中,很多临终前病人在一段时间能够记录到缓慢的心电活动,但同时却无心音和血压,形成电与机械功能的分离。

3.兴奋收缩的延迟耦联兴奋与收缩之间的耦联并非呈“全或无”状态,还存在着一种延迟耦联,这是在各种病理因素的作用下,如缺血、缺氧,使某些心肌细胞或心肌组织发生兴奋与收缩的耦联间期出现病理性延长,收缩耦联间期可能延长到一百或几百毫秒,表现为心室电激动形成的QRS波已经结束,但某些部位的心室肌相隔较长时间后才开始延迟收缩,造成不同部位心室肌收缩的不同步。

心室肌收缩的不同步能显著影响心室功能,是心衰患者一种常见的病理状态。

目前,心室再同步化起搏治疗心力衰竭时,不少心衰患328临床心电学杂志2007年10月第16卷第5期图5心肌收缩时横桥滑动的示意图A.舒张期出现的位阻效应阻碍了肌凝蛋白与肌动蛋白的横桥滑动;

B.Ca2+与肌钙蛋白