心肌细胞的除极和复极

第一节　心肌细胞的除极和复极

一、心肌细胞的除极

(一)心肌细胞的极化状态和除极　前已述及，心肌细胞在安静状态下，细胞膜外荷正电，细胞膜内荷负电，即细胞膜外得到一定数量的带正电荷的阳离子，细胞膜内则得到相同数量的带负电荷的阴离子。因此，膜外的电位高于膜内的电位。在静息状态下心肌细胞始终保持着这种稳定的状态而不产生电流，称为极化状态(polarizalion)(图3－1)。此时若将心肌细胞外的两端连导线至电流计，则指针不动，为一条电平线。

图3－1　心肌细胞的除极和复极

当心肌细胞的某一部位受到刺激时，该处细胞膜的电阻特性便迅速发生改变，对Na⁺的通透性突然升高(快Na⁺通道开放)，而对K⁺通透性降低(K+通道关闭)，瞬间膜外大量Na⁺迅速流入细胞内，使膜内的电位由－90mV突然升高至20～30mV。这种由激动所产生的电位变化仅历时1～2ms，为动作电位，即曲线中的“0”时相。当Na⁺内移到一定程度时，受电位和离子浓度梯度的作用趋于稳定，此时细胞外的阴离子与细胞内的阳离子又互相对立，再形成极化状态，但此时与静止期不同，为逆转极化状态。这一转变就是心肌细胞的除极过程。

(二)心肌细胞除极作用的扩展　心肌细胞在静止状态时，细胞内外正负电荷沿细胞膜而对立，保持于稳定与均衡的极化状态，互不交流，故不产生电流。细胞膜外任何两点之间的电位都相等，无电位差。当心肌细胞被激动而除极时，离子跨过细胞膜，引起细胞内外电荷的交换，于是已除极部位膜外形成负电位，邻近未除极的部位则形成正电位，两者之间存在着电位差，电流从未除极的部位流向已除极的部位。已除极部位与未除极部位的交界处形成的电位差似一对电偶，即电源(+)与电穴(－)。未除极的部位为电源(+)，已除极的部位为电穴(－)。电源部位的正电荷通过电穴部位的细胞膜进入膜内，当其电位逐渐下降至一定程度时，该处的细胞膜即开始除极，此时已除极的部位与它前方的尚未除极的邻接部位相比又成为新的电穴(－)，尚未除极的邻接部位又成为新的电源(+)，如此不断扩展，直至整个心肌细胞完全除极。电偶的电源在前，电穴在后，除极的方向就是电荷移动的方向。

(三)除极波的形成　心肌细胞在除极过程中的电位变化，可使用电流计记录下来，所录得的曲线即称为除极波。

当心肌细胞处于静息状态时，因无电位变化，记录出一条电位线;当心肌细胞除极向前进行时，如探查电极面向电源，描出向上的曲线;如探查电极面向电穴，描出向下的波;如探查电极置于细胞的中部，则当除极开始时探查电极面对电源，受正电位的影响，描出向上的曲线图，除极过程继续进行，当电源到达并刚好通过探查电极时，电极受正电位的影响最大，此时曲线升至最高点(X)，然后电源离开探查电极，电穴到达并通过探查电极，电极受负电位影响，中位由最高点突然降至“0”点或负电位，此时曲线骤然转折称为内部转折，或本位曲折。尔后，电偶继续向前推进，电穴逐渐远离探查电极，故受负性电位的影响亦逐渐减弱，于是曲线又逐渐回升(图3－2)。最后，除极完毕，已无电位变化，电流曲线回至等电位线。

图3－2　心肌细胞的除极过程

心脏是由许多心肌细胞构成的，根据心电向量的观念，单极导联(胸导或肢导)并不单纯地反映电极下那部分心肌的电力活动，而是反映整个心肌的电激动过程。因此，所谓“类内部转折”或“类激动时间”并不代表电极下那一部分心肌自心内膜到达心内膜的时间，故将此概念引用到心电图上(称为“类内部转折”或“类激动时间”)，并作为心电图诊断的一项指标，在理论上是片面的，在实际应用中也是不妥的。但是由于多年来临床心电图的应用，积累了大量的经验，临床实践所测定的“室壁激动时间”的数据，对临床心电图诊断仍有一定的参考价值。

二、心肌细胞的复极

(一)心肌细胞的复极　心肌细胞除极之后，由于细胞的新陈代谢，使细胞膜依靠K⁺－Na⁺泵的作用，将细胞内过多的Na⁺转移到细胞外，而细胞外过多的K+被转移到细胞内，重新调整了细胞膜对Na⁺、K⁺的通透性，于是又恢复了静止时的极化状态，这个过程称为复极。复极的过程和除极相同，即先开始除极的部分先复极，后开始除极的部分后复极(图3－3)。在复极过程中，由于阳离子的外流，复极部分的细胞膜外重新得到带有正电荷的阳离子，呈现正电位，未复极的部位为负电位，膜外形成电位差，并产生电流。电流的方向是从已复极的部位流向未复极的部位，即电穴在前，电源在后，其方向正好与除极过程相反(见图3－2)。若将膜表面的电位变化记录下来，则可得到一个方向相反、电量相等的双向波。心肌细胞的复极与除极有以下几点区别:

1．除极过程电源在前，电穴在后;而复极过程是电穴在前，电源在后。

2．除极速度快，而复极速度慢，为除极过程的2～7倍，故除极波起伏陡峭，波形高尖，复极波则起伏迟缓，振幅较低，但二者面积相等。

3．除极波有内部转折，而复极波无内部转折，从复极波形态上不能识别复极过程已到达探查电极的部位。

4．复极过程与细胞的新陈代谢、生物化学改变等有密切关系，且易受其影响而发生改变。在临床心电图中，除极波正常而复极波已有明显改变者相当多见。

图3－3　心肌细胞的复极

(二)复极波的形成　用电流计可以将心肌细胞复极过程中的电位变化记录下来，称为复极波。心肌细胞除极完毕，先开始除极的部位开始复极，膜外为正电位，即电源。未复极的心肌细胞膜外为负电位，即电穴。如探查电极面对电穴，则描出一向下的曲线。复极继续向前进行，前面为负电位(电穴)，后面为正电位(电源)，对着电穴的电极描出一向下的波。反之，如探查电极面对电源，则描出一向上的波。如探查电极在心肌细胞的中段，则形成负正双向波。由于复极进行较除极缓慢，因而描出的曲线故为圆体。当复极完毕，细胞膜恢复到正电位，电位差消失，曲线即回到等电位线。

综合前述:①在除极过程中，膜外形成电位差而产生电流，除极的前方为正，后方为负，相当于心室除极产生的QRS波段;②在复极过程中，膜外形成电位差产生电流，复极的前方为负，后方为正(和除极的方向相反)，相当于心室复极产生的T波;③除极以前，复极以后(极化状态)，以及除极后至复极前(极化逆转)，膜表面无电位差，无电流产生，描出来的为一条水平直线。心室极化状态时，在心电图上为T－Q段;极化逆转在心电图上为QRS波段。心电图是在体表记录下来的，这与细胞膜表面所测得的动作电位在除极上相似，但由于心脏是由许多细胞组成的复合体，以及心脏结构的特殊性，故临床心电图记录的是整个心脏所产生的综合电位变化，这同从单一心肌细胞表面所测得的电位变化大不相同。为了理解人体心电活动与临床心电图描记之间的关系，须讨论“心脏的除极与复极”、“容积导电”和“心电综合向量”等概念。