心肌细胞的离子通道、静息电位和动作电位

心肌细胞可分为心室肌细胞、心房肌细胞、窦房结P细胞和浦肯野纤维。心肌的电生理活动依赖于心肌细胞的各种离子通道。需要指出的是，不同类型的心肌细胞在离子通道的成分、数量、密度等方面有所差别。甚至同一种心肌细胞，在心脏的不同部位，其电生理学特性也有所区别。如，心室壁外层的心室肌细胞比靠近内层的心室肌细胞在1期复极化中Ito电流更大。

心肌细胞的动作电位5期在此不赘述。

此处，如INa指的是Na离子内流所形成的电流。下文中为表述方便INa也指代形成该电流的钠通道，其他离子电流和离子通道同理。

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心室肌细胞

（1）参与0期去极化的离子通道有INa和ICa-T。

其中INa最重要。INa在-70mV开启，0mV失活，-60mV复活。实际上Na通道包含两个门，激活门和失活门，静息时激活门关闭而失活门开放。两个门都是电压敏感的，膜电位达到一定水平后，激活门迅速开放而失活门缓慢关闭，中间的时间差允许钠离子大量内流。当激活门重新关闭、失活门重新开放时，该通道复活，这同样依赖于膜电位水平。其复活除与电压有关外还需要一定时间。INa可被TTX阻断，但对TTX不如骨骼肌和神经细胞敏感。细胞外的高钙离子水平会提高INa的阈值，这是因为钙离子在膜外产生“膜屏障效应”，进而使钠通道感受电场变化的S4肽段不易发生构型改变，开放率降低，阈电位升高。

ICa-T仅在0期末尾出现，不重要。

（2）参与1期的离子通道有Ito和ICl。

Ito最重要。钾通道的开放比钠通道稍慢一些，钾通道的开放引起了大量钾离子内流，形成Ito。Ito在-30mV开启，可被4-氨基吡啶阻断。这里的Ito似乎与神经细胞动作电位中的K通道是类似的东西。

ICl不重要，但交感神经兴奋时，儿茶酚胺可调控其大小，此时可影响动作电位（具体作用未查及相关资料）。

（3）参与2期的离子通道有ICa-L、IK、IK1、慢失活的INa。

ICa-L主导了2期前期，与外流的钾离子对抗，形成平台期。可被钙拮抗剂阻断。

IK1由于其内向整流特性（见后文），在膜电位较低时通透性很低，因此在平台期对复极化作用很小。IK1的“不作为”是平台期能存在的重要原因，否则大量的钾外流会迅速导致复极化。

IK是延迟整流钾通道，其开放较慢，要等到2期才逐渐增大，最终主导了2期后期复极化。

慢失活INa与0期钠电流不是一回事。慢失活INa不重要，但其激活或失活受阻时可延长平台期或形成第二平台期。

在平台期，ICa-L、IK1、IK三者相互拮抗，维持膜电位水平不变，后两者在平台期时开放程度都不大，因而允许了平台期的存在。当IK随着时间其开放程度增大时，2期开始向3期过渡，并且此时逐渐增大的膜电位也使得IK1的通透性逐渐增加，使其在3期的终末段接手复极化。

（4）参与3期的离子通道有IK、IK1、ICa-Na。

IK最重要，是3期复极化的主要力量。其有正反馈的作用，膜电位越负，通透性越大（不知这种正反馈效应是否与其开放延迟的特点有关）。交感神经激动β1受体，可通过cAMP-PKA和DG-PKC通路导致IK增加，复极化加快，缩短动作电位时程。交感神经还可加快IK衰减，增加自律性。

IK1在3期中也很重要。由于内向整流特性，IK1在-60mV时逐渐加强，在3期终末段加速了复极化。在2期中，较高的膜电位使得IK1几乎完全关闭。所以尽管此时电驱动力和化学驱动力都在指向细胞外，也并未产生强大的外向钾离子电流，因此允许了平台期的存在。3期后段，膜电位逐渐变负，IK1也逐渐开启，并促进了复极化。

此外，ICa-Na和钠钾泵也参与了3期复极化。在整个动作电位中，以及在所有类型的心肌细胞中，钠钾泵、钠钙交换体始终在运转。在3期复极化中，如果钠钾泵活性降低，则会导致胞内钠离子增加，钠钙交换减少，进而导致胞内钙超载，引发迟发后除极。迟发后除极本质是钙超载。

（5）参与4期的离子通道有IK1和少量背景INa。

IK1最重要，是静息电位形成的主角。静息电位约为-90mV，此时的IK1通透性很高。细胞膜此时对钾离子的通透性很高，这主要归功于IK1。这使膜电位十分接近钾离子的平衡电位，因此说“静息电位是由钾外流形成的”

INa不重要。

4期中钠钾泵的工作使得内流的钠离子和外流的钾离子回到其原来的位置，钠钙交换则移出了细胞中的钙离子。在动作电位中确实发生了离子的流动，但相比于细胞内外星辰大海般的离子，这一点小小的变化仅仅是九牛一毛。而膜电位则产生于贴附在膜内外的（钠、钾、氯等），它们由于异性相吸而在膜内外形成了薄薄的一层“电荷层”，放眼整个细胞内液和细胞外液，其仍然是电中性的。所以可以这样认为：动作电位的变化中，仅仅产生了膜电位的变化，而没有细胞内外离子浓度的变化，除非钠钾泵失效。

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心房肌细胞

心房肌的动作电位过程与心室肌基本相似，此处仅介绍不同点。

（1）心房肌IK1少，故4期外流的钾离子少，静息电位比较小。

（2）心房肌Ito发达，1期复极极快，甚至导致2、3期不明显。

（3）心房肌有较多的IK-Ach。IK-Ach可被乙酰胆碱激活并开放。在迷走神经作用下，Ach促进了IK-Ach开放，进而钾离子外流增加，静息电位增大，兴奋性下降。

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窦房结P细胞

（1）参与0期的离子通道有ICa-L。ICa-L作用类似于快钠通道，在达到阈电位后产生动作电位。P细胞没有快钠通道，钙离子通道开放的速度较慢，所以0期去极化速度慢、幅度小（0~15mV）。

（2）P细胞缺乏Ito，故1期不明显。同时由于ICa-L在0期结束后关闭了，所以也没有明显的2期内向钙电流。P细胞的1、2期均不明显，直接进入3期。

（3）参与3期的离子通道有IK。IK作用与前述心室肌细胞相同。

（4）参与4期自动去极化的离子通道有IK1、IK、If、ICa-T。

P细胞是自律细胞，其4期电位不会稳定在某一个水平，故没有静息电位。取其电位最负值，称为最大复极电位。

IK1在P细胞中含量较少，故最大复极电位较小，这也导致了P细胞较高的自律性。

IK使P细胞达到最大复极电位并逐渐衰减，这种外向电流的衰减是4期自动去极化的最重要动力。

If是一种内向钠电流。P细胞达到最大复极电位后的超极化可激活If，If也是4期自动去极化的动力之一。β受体激活后，cAMP增加，可激活If。迷走神经可减少cAMP，抑制If。

ICa-T在-50mV开启，接力自动去极化的过程，使膜电位达到阈电位并激活ICa-L。β受体激活后，cAMP增加，可激活ICa-T。迷走神经可减少cAMP，抑制ICa-T。

此外，P细胞也有IK-Ach，受迷走神经调控。

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浦肯野纤维

0期，类似心室肌细胞，但更快。

1期，类似心室肌细胞，但更明显，可在1、2期形成切迹。

2期，类似心室肌细胞。

3期，类似心室肌细胞，但其有更多的IK1，所以可以达到更负的最大复极电位。

4期，类似P细胞。浦肯野纤维的4期自动去极化与P细胞有以下不同。

浦肯野纤维的4期自动去极化主要动力来自于If，而P细胞主要来自于IK的衰减。这是因为If在-100mV时才能最大程度激活，而浦肯野纤维拥有更多的IK1，可以达到更负的最大复极电位，故If能充分开放。但浦肯野纤维的If比P细胞密度更低，所以尽管If在4期自动去极化中的作用较P细胞大，但速度比P细胞更慢。

（更正之前文章的错误）