心電圖基礎-離子通道

寫在前面

細胞的生物電現象和心臟運動

心臟是為血液賦能的地方，它的收縮舒張為身體提供充滿能量的血液，帶動我們的機體運轉。如果將心臟的泵血過程比喻成一場賽跑。那麼竇房結就是裁判，心肌細胞是運動員。在緊張的賽場上，竇房結髮出槍響（電訊號），心肌細胞接受刺激後立馬聞聲而動，開始狂奔。 槍響是比賽的開始，使得運動員一齊出發。如果沒有槍響，那就沒有比賽。就像沒有電訊號，心肌細胞也不會產生規律性興奮。在心臟運動過程中，電訊號扮演著指揮棒作用，帶領眾多細胞有規律、有節律的發力，完成收縮、舒張。

靜息電位的產生

靜息電位是細胞產生電訊號（動作電位）的基礎。在中學時我們就曾瞭解過，在靜息狀態下細胞膜內外存在電位差，膜外為正，膜內為負，呈極化狀態。

但是這種狀態是怎樣形成的呢？

心肌細胞膜內外離子的濃度及膜電導

從上圖中可以看出，其實膜內外陰陽離子和的電荷數幾乎相同，但是因為有細胞膜的存在，選擇性的造成了膜內外電位差。究其原因主要有如下幾點。

靜息狀態下，細胞膜對離子通透性不同。對K離子的通透性較大，K離子外流，但是對於細胞膜內帶負電的蛋白質或陰離子不通透，聚集在內側。

細胞內K離子順著濃度差（化學梯度）外流。與此同時，細胞內帶負電的大分子物質不能透出細胞膜，於是K離子的外流形成了細胞膜內外電位差（相當於一個膜外為正膜內為負的電場），這種電位梯度的形成會阻礙K離子繼續外流。

當不再有K離子的淨外逸時，細胞膜內外的電位差達到一個穩定值，達到靜息電位。用Nernst公式計算，理想模型下的靜息電位為-90mV。

人和哺乳動物的非自律細胞如心房、心室肌細胞靜息電位穩定，約為-90mV。

需要記住的點

轉位(translocation)指的是胞質中的轉錄因子接受來自細胞膜並逐漸傳遞進來的訊號之後，透過磷酸化或脫磷酸化等作用而被活化．然後從胞質進入細胞核，與相應DNA框(順式作用元件)結合。

除極：細胞在刺激作用下發生興奮時，由於鈉通道的開放，Na+順濃度梯度從膜外進入膜內，使膜內負電位迅速轉為正電位，這一過程稱為除極。

也就是去極化

對於人的整個心室肌而言，先除極的內膜面復極較遲、後除極的外膜面復極較早（是因為外膜面的Ito 瞬時外向電流通道表達較多，動作電位時程縮短），是心電圖上T波正立的主要原因。

（但在犬貓上並不是）

離子通道：是指細胞膜上的特殊蛋白質，含有一個水相孔道（pore）。當其開放時，有選擇地允許離子經脂質雙分子膜

從高濃度相向低濃度相擴散

。心肌細胞上大部分離子通道為

電壓依賴性

，但有些通道也受

其他物質的調控。

延遲性整流：整流是個物理學名詞，意思是正向導通遠大於反向導通。生理學中的內向整流鉀通道Ik1同理，鉀離子的內流容易而外流困難。

延遲整流Ik可以認為是“時間越長越容易外流”

。在2期前期，Ik1阻擋了鉀離子的迅速外流，從而使內外向的電流充分抗衡而形成了平臺期。Ik起初只是對抗L型鈣電流，隨著時間延長Ik逐漸增大而L型鈣通道逐漸失活，平臺期結束而轉為3期，此時Ik1的內向整流作用亦減弱，從而Ik，Ik1主要形成了3期的復極化電流。

離子通道

離子通道的開放和關閉是機體活動的基礎。機體記憶體在多種離子通道，但可以根據其開放和關閉（門控）機制的不同，將離子通道分為三大類

電壓門控性（voltagegated）

配體門控性（ligandgated）

機械門控性（mechanogated）

心肌細胞膜上大部分離子通道為電壓門控性。

同樣，現階段存在的多種多樣的離子通道也是進化的產物，能夠讓機體產生迅速傳播的擴布電流。並且增加個體對電勢變化的調控手段。

鉀離子通道

鉀離子通道具有多樣性，有許多不同的型別，但總體而言可以分為外出性整流和內入性整流兩類。不同K離子通道基因表達的改變可以使心力衰竭時心臟的動作電位也發生相應的變化。

引自朱大年， 王庭槐。 生理學。第8版［M］。 人民衛生出版社， 2013。

外出性整流

外出：正離子由膜內到膜外

（參與復極化）

瞬時外向電流

延遲整流鉀電流：（延遲）是指它延遲到平臺後期才開放，由於這些外出性鉀流是把膜電位復極到靜息電位水平，因而稱之為外出性整流。

脂質啟用的K通道：當心肌細胞內脂酸及它的衍生物增加時，可啟用此類延遲整流性K離子通道，加速復極，縮短動作電位時程。心肌缺血時，胞內脂酸和衍生物增加，復極加快，酸中毒也可啟用此類通道。使動作電位時程縮短。

鉀離子通道在心臟上的分佈特點

內入性整流

電壓調控型

乙醯膽鹼啟用的內入性鎮流

開放時：細胞超極化，動作電位時間縮短

關閉：維持長的動作電位時程

鈉離子通道

I類抗心律失常藥物的作用靶點——延長所有細胞的

有效不應期

心臟Na+通道的啟用電位閾值在-50~-65 mV之間

鈣離子通道

心血管系統內含有具有不同功能的L型和T型鈣通道；

構成：由6個跨膜片段組成，

孔道外口含有4個帶負電結構的穀氨酸殘基形成與鈣離子的結合位點。

4個負電結構十分重要

心肌細胞上主要分佈的兩種鈣離子通道

遺留的問題

乙醯膽鹼為什麼激活了內入性整流的K+離子通道會使細胞的靜息電位向超極化移動呢？

內入性整流是？

心肌細胞動作電位3期主要的離子流為整流性鉀電流。

內向整流現象（inward going retification），是心肌細胞特有的現象。透過內向整流作用，使心肌細胞膜對內向電流比外向電流更容易透過，使細胞膜的鉀電導與其推動力呈反變關係。

當細胞內電位負值變小、細胞外鉀離子濃度降低時，鉀離子的跨膜電－化學梯度增大，鉀離子本應大量外流，但由於內向整流作用使得鉀離子不易外流，鉀外向電流變小；當細胞內電位負值變大，鉀離子的跨膜電－化學梯度變小，鉀離子理應外流減小，但由於內向整流作用減小，鉀離子外流反而增加，鉀外向電流增大。

推薦閱讀

Iks 隨著時間的延長k+離子外流增多。長Q-T間期綜合徵的患者由於Isk發生突變，導致Iks外流減少，2位相和3位相延長和變大。在心電圖上表現出Q-T間期延長的同時，T波高大而寬長。

參考文獻

［1］朱大年， 王庭槐。 生理學。第8版［M］。 人民衛生出版社， 2013。

［2］朱妙章， 唐朝樞， 袁文俊。 心血管生理學基礎與臨床［M］。 高等教育出版社， 2011。

［3］DouclasP。Zipes， JoseJalife。 心臟電生理：從細胞到臨床［M］。 北京大學醫學出版社， 2008。