作者:谈心的豆爹 审校:严干新教授
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真正做电生理的老师都知道,不应期是心电学的基石,几乎所有的心电现象都和不应期有关,因此深刻理解不应期特别重要。记得上大学那会生理学上讲心肌细胞动作电位及不应期的内容,懵懵懂懂的知道了一点:绝对不应(期)就是刺激了没有反应,相对不应(期)就是刺激了反应差。但是不应期的实质是什么,其和传导速度、动作电位时程等的关系是什么,工作了近20年也没有仔细考虑过。在中美群跟着严教授及各位老师学习,我对这部分内容有了进一步的认识,值此金秋十月伟大祖国庆生的日子,把学习所得与大家分享(如无特殊指明,以下不应期内容以正常状态的心肌工作细胞,
即“钠控”的快反应细胞为例),希望大家学有所得!
心肌细胞动作电位及不应期
众所周知,心肌细胞动作电位分为5期,由0相除极及复极1、2、3、4相组成,前者是膜内电压由-90mv在1-2ms内升至+30mv的过程,后者是膜电位由+30mv下降至-90mv的过程,持续时间大概约250-350ms。在整个动作电位过程中,从0相除极开始至膜电位降至-60mv时,这一段时间称为有效不应期,心肌细胞对任何刺激都不会产生一个新的可传导的动作电位,从膜电位-60mv降至-80mv的这一段时间称为相对不应期,心肌细胞遇到阈上刺激可诱发动作电位;膜电位自-80mv至-90mv的这个时期,由于距离阈电位相对较近,给予阈下刺激即可诱发动作电位,称为超常期,但超常期产生的动作电位速度和幅度均稍低于正常。在心电领域,超常期有时被误用,但对超常期的讨论超出了本期内容的范围。
不应期的本质
正常心肌细胞动作电位0相除极是由快钠通道介导的,生理情况下该通道活性呈电压依赖性,其有三种功能状态:激活态、失活态、激活备用态;在时间上分别对应着动作电位的0相、1+2+3相早期、3相晚期(部分激活备用)+4相,也分别对应着有效不应期(前两者)、相对不应期及可完全兴奋期。
为什么心肌细胞有时候“可应”,有时候“不应“呢?实际上,其“实质”在于钠通道处于何种功能状态,其是否具有再次激活开放的能力。所谓不应,就是钠通道处于失活态或者仅部分恢复到激活备用的状态(但数目不够),不能产生新的可传导的动作电位。在正常的心肌细胞,其钠通道功能状态和通道功能状态的转换以及处于激活备用状态的钠通道数目取决于膜电位水平,呈“电压依赖性”。当除极结束时,钠通道由激活态转为失活态,随着复极电压下降(主要由钾离子外流介导,朝向静息膜电位水平),钠通道逐渐由失活态向激活备用恢复,再次恢复了激活开放的能力,由“不应”转为“部分可应”及“正常可应”。
必须注意的是,这里说的“电压依赖性”是指正常的心肌细胞。当在病理情况下,如心肌缺血或使用钠通道阻滞剂特别是Ic类时,心肌细胞钠通道状态由失活态向激活备用态恢复的过程会变为“时间依赖性”,主要依靠“时间”,而非“电压”。在这些情况下,相对不应期就变长。
不应期和传导速度
有时候我们容易将不应期和传导速度混为一谈,有时候甚至认为抗心律失常药物“治病”机制之一是减缓心肌传导速度。要说两者完全没有一点关系,“风马牛不相及”,显然有点夸大其词。但实际上,前者由钠通道的功能状态决定,后者由动作电位0相除极速度和幅度决定。目前多数抗心律失常药物都是通过延长不应期来显效的,而减缓心肌传导速度反而是药物副作用的原因之一。这一点从折返周长的公式就可以看出:由于折返周长=传导速度×不应期,所以要想终止折返性心律失常,应该延长不应期或者加快而非减缓传导速度,延长折返周长才行。
实际上,目前临床上还没有一种抗心律失常药物可以加快心肌的传导速度。像钠通道阻滞剂,一方面通过延长钠通道从失活态达到足够激活备用态数目的时间,延长有效不应期而“显效”;同时它还抑制了快钠通道,影响了动作电位除极的速度和幅度,导致心肌传导延缓或中断,从而诱发心律失常(符合折返要素时)。所以钠通道阻滞剂用于心律失常治疗是把“双刃剑”,既“治病”又“致病”。
不应期长短和动作电位时程(APD)
不应期长短和APD既有联系,又有区别。为什么这么说呢?有的老师可能会问,不应期不是APD的一部分吗?其实这只是在生理情况下。因为前者长短主要取决于钠通道的功能状态,后者主要决定于复极膜电位水平何时恢复到充分的极化状态(主要取决于外向电流)。如果膜内电位已经到达充分的极化状态(动作电位结束,即4相),钠通道仍未恢复到充分的激活备用状态数目时,则心肌细胞继续“不应”,不应期长度就会大于APD,这就是复极后不应期产生的原因。许多抗心律失常药物(如氟卡尼、心律平、利多卡因等)都可以引起复极后不应期,从而起到抗心律失常的作用。
不应期和钠控钙控
心脏细胞有钠控细胞,也有钙控细胞。前者包括心房肌、心室肌及浦肯野纤维、房室旁道细胞等,正常情况下其0相除极是快钠通道激活所致,其通道活性的恢复呈电压依赖性(非正常情况下会变为时间依赖性)。后者包括窦房结及房室结细胞,其0相除极是慢钙通道激活所致,其通道活性恢复主要呈时间依赖性而非电压依赖(有,但相对弱)。这种钙控的细胞即使在复极结束后它仍然不能恢复到完全的激活备用状态(类似复极后不应期),还需一段时间。
经常听群里老师讲,钠控组织前周期长时,其不应期会长,钙控组织前周期长,不应期会“短”,其机制到底是什么呢?钠控组织的细胞为电压依赖性(再次强调说的是正常情况下),当前周期长时,因频率减慢晚钠电流会增大(慢频率依赖性),平台期延长,钠通道恢复到部分及完全激活备用状态的时间均延长,不应期延长;而钙控组织的细胞,因其通道活性的恢复主要呈时间依赖性,当前周期长时,可以给其足够的时间越过不应期(有效不应期及相对不应期),由“不应”变成“可应” ,相当于不应期缩短了。
不应期与递减传导
不应期的长短取决于钠通道激活备用状态数目多少,相对不应期是钠通道激活备用状态数目从可产生一个新的可传导动作电位到完全恢复激活备用状态数目的过渡时期,正常心肌细胞在此期间,膜电位越接近静息电位,处于激活备用状态的钠通道数目就越多,即从失活态时的极少量到正常静息膜电位水平时可使用钠通道数目的100%(注意:这里的100%是相对数值,意即相对最大量,而非绝对;静息膜电位超极化时,可使用钠通道数目增加);当刺激来临时,动作电位除极幅度与速度以及心肌传导性就越接近正常。当刺激落在相对不应期从“浅”到“深”(从接近100%到接近于可产生一个新的可传导动作电位的阈值时)的不同时期,传导性逐渐减弱,也就是“递减传导”。
我想大家最感兴趣的莫过于:为什么快反应(细胞构成的)组织(钠控)没有递减传导,传导呈“全或无”的特点,而慢反应(细胞构成的)组织(钙控)传导存在递减传导呢?从以上可以看出,递减传导主要因相对不应期的存在而产生。钠控组织之所以传导表现为“全或无”,实际是因为正常快反应细胞相对不应期很短,当刺激到来时,落在相对不应期的机会很低,刺激要么落在可兴奋期,要么落在失活态,刺激要么传要么不传,呈现“全或无”;此外,即使是刺激到来时落在很短相对不应期内,产生的动作电位也相近,递减传导不明显。而钙控组织因有较长的相对不应期,故因刺激落在相对不应期内的深浅不同而成明显的递减传导。
值得注意的是,钠控组织的“全或无”也是相对的,而不是绝对的。当在某些病理或异常因素下,如心肌缺血、药物等,快反应细胞相对不应期会延长,会被“放大”,刺激落在相对不应期的机会大大增加,也会出现递减传导,呈“非全或无”。另外,即使在正常的生理情况下也可见到钠控组织的“非全或无”现象,例如临床上经常可以见到的快频率依赖性差传,可呈完全性或不完全性RBBB图形,亦是对上述观点的证明。
最后,弱弱的问一句,我讲明白没?