作者:談心的豆爹 審校:嚴干新教授
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真正做電生理的老師都知道,不應期是心電學的基石,幾乎所有的心電現象都和不應期有關,因此深刻理解不應期特別重要。記得上大學那會生理學上講心肌細胞動作電位及不應期的內容,懵懵懂懂的知道了一點:絕對不應(期)就是刺激了沒有反應,相對不應(期)就是刺激了反應差。但是不應期的實質是什麼,其和傳導速度、動作電位時程等的關係是什麼,工作了近20年也沒有仔細考慮過。在中美群跟著嚴教授及各位老師學習,我對這部分內容有了進一步的認識,值此金秋十月偉大祖國慶生的日子,把學習所得與大家分享(如無特殊指明,以下不應期內容以正常狀態的心肌工作細胞,
即「鈉控」的快反應細胞為例),希望大家學有所得!
心肌細胞動作電位及不應期
眾所周知,心肌細胞動作電位分為5期,由0相除極及復極1、2、3、4相組成,前者是膜內電壓由-90mv在1-2ms內升至+30mv的過程,後者是膜電位由+30mv下降至-90mv的過程,持續時間大概約250-350ms。在整個動作電位過程中,從0相除極開始至膜電位降至-60mv時,這一段時間稱為有效不應期,心肌細胞對任何刺激都不會產生一個新的可傳導的動作電位,從膜電位-60mv降至-80mv的這一段時間稱為相對不應期,心肌細胞遇到閾上刺激可誘發動作電位;膜電位自-80mv至-90mv的這個時期,由於距離閾電位相對較近,給予閾下刺激即可誘發動作電位,稱為超常期,但超常期產生的動作電位速度和幅度均稍低於正常。在心電領域,超常期有時被誤用,但對超常期的討論超出了本期內容的範圍。
不應期的本質
正常心肌細胞動作電位0相除極是由快鈉通道介導的,生理情況下該通道活性呈電壓依賴性,其有三種功能狀態:激活態、失活態、激活備用態;在時間上分別對應著動作電位的0相、1+2+3相早期、3相晚期(部分激活備用)+4相,也分別對應著有效不應期(前兩者)、相對不應期及可完全興奮期。
為什麼心肌細胞有時候「可應」,有時候「不應「呢?實際上,其「實質」在於鈉通道處於何種功能狀態,其是否具有再次激活開放的能力。所謂不應,就是鈉通道處於失活態或者僅部分恢復到激活備用的狀態(但數目不夠),不能產生新的可傳導的動作電位。在正常的心肌細胞,其鈉通道功能狀態和通道功能狀態的轉換以及處於激活備用狀態的鈉通道數目取決於膜電位水平,呈「電壓依賴性」。當除極結束時,鈉通道由激活態轉為失活態,隨著復極電壓下降(主要由鉀離子外流介導,朝向靜息膜電位水平),鈉通道逐漸由失活態向激活備用恢復,再次恢復了激活開放的能力,由「不應」轉為「部分可應」及「正常可應」。
必須注意的是,這裡說的「電壓依賴性」是指正常的心肌細胞。當在病理情況下,如心肌缺血或使用鈉通道阻滯劑特別是Ic類時,心肌細胞鈉通道狀態由失活態向激活備用態恢復的過程會變為「時間依賴性」,主要依靠「時間」,而非「電壓」。在這些情況下,相對不應期就變長。
不應期和傳導速度
有時候我們容易將不應期和傳導速度混為一談,有時候甚至認為抗心律失常藥物「治病」機制之一是減緩心肌傳導速度。要說兩者完全沒有一點關係,「風馬牛不相及」,顯然有點誇大其詞。但實際上,前者由鈉通道的功能狀態決定,後者由動作電位0相除極速度和幅度決定。目前多數抗心律失常藥物都是通過延長不應期來顯效的,而減緩心肌傳導速度反而是藥物副作用的原因之一。這一點從折返周長的公式就可以看出:由於折返周長=傳導速度×不應期,所以要想終止折返性心律失常,應該延長不應期或者加快而非減緩傳導速度,延長折返周長才行。
實際上,目前臨床上還沒有一種抗心律失常藥物可以加快心肌的傳導速度。像鈉通道阻滯劑,一方面通過延長鈉通道從失活態達到足夠激活備用態數目的時間,延長有效不應期而「顯效」;同時它還抑制了快鈉通道,影響了動作電位除極的速度和幅度,導致心肌傳導延緩或中斷,從而誘發心律失常(符合折返要素時)。所以鈉通道阻滯劑用於心律失常治療是把「雙刃劍」,既「治病」又「致病」。
不應期長短和動作電位時程(APD)
不應期長短和APD既有聯繫,又有區別。為什麼這麼說呢?有的老師可能會問,不應期不是APD的一部分嗎?其實這只是在生理情況下。因為前者長短主要取決於鈉通道的功能狀態,後者主要決定於復極膜電位水平何時恢復到充分的極化狀態(主要取決於外向電流)。如果膜內電位已經到達充分的極化狀態(動作電位結束,即4相),鈉通道仍未恢復到充分的激活備用狀態數目時,則心肌細胞繼續「不應」,不應期長度就會大於APD,這就是復極後不應期產生的原因。許多抗心律失常藥物(如氟卡尼、心律平、利多卡因等)都可以引起復極後不應期,從而起到抗心律失常的作用。
不應期和鈉控鈣控
心臟細胞有鈉控細胞,也有鈣控細胞。前者包括心房肌、心室肌及浦肯野纖維、房室旁道細胞等,正常情況下其0相除極是快鈉通道激活所致,其通道活性的恢復呈電壓依賴性(非正常情況下會變為時間依賴性)。後者包括竇房結及房室結細胞,其0相除極是慢鈣通道激活所致,其通道活性恢復主要呈時間依賴性而非電壓依賴(有,但相對弱)。這種鈣控的細胞即使在復極結束後它仍然不能恢復到完全的激活備用狀態(類似復極後不應期),還需一段時間。
經常聽群里老師講,鈉控組織前周期長時,其不應期會長,鈣控組織前周期長,不應期會「短」,其機制到底是什麼呢?鈉控組織的細胞為電壓依賴性(再次強調說的是正常情況下),當前周期長時,因頻率減慢晚鈉電流會增大(慢頻率依賴性),平台期延長,鈉通道恢復到部分及完全激活備用狀態的時間均延長,不應期延長;而鈣控組織的細胞,因其通道活性的恢復主要呈時間依賴性,當前周期長時,可以給其足夠的時間越過不應期(有效不應期及相對不應期),由「不應」變成「可應」 ,相當於不應期縮短了。
不應期與遞減傳導
不應期的長短取決於鈉通道激活備用狀態數目多少,相對不應期是鈉通道激活備用狀態數目從可產生一個新的可傳導動作電位到完全恢復激活備用狀態數目的過渡時期,正常心肌細胞在此期間,膜電位越接近靜息電位,處於激活備用狀態的鈉通道數目就越多,即從失活態時的極少量到正常靜息膜電位水平時可使用鈉通道數目的100%(注意:這裡的100%是相對數值,意即相對最大量,而非絕對;靜息膜電位超極化時,可使用鈉通道數目增加);當刺激來臨時,動作電位除極幅度與速度以及心肌傳導性就越接近正常。當刺激落在相對不應期從「淺」到「深」(從接近100%到接近於可產生一個新的可傳導動作電位的閾值時)的不同時期,傳導性逐漸減弱,也就是「遞減傳導」。
我想大家最感興趣的莫過於:為什麼快反應(細胞構成的)組織(鈉控)沒有遞減傳導,傳導呈「全或無」的特點,而慢反應(細胞構成的)組織(鈣控)傳導存在遞減傳導呢?從以上可以看出,遞減傳導主要因相對不應期的存在而產生。鈉控組織之所以傳導表現為「全或無」,實際是因為正常快反應細胞相對不應期很短,當刺激到來時,落在相對不應期的機會很低,刺激要麼落在可興奮期,要麼落在失活態,刺激要麼傳要麼不傳,呈現「全或無」;此外,即使是刺激到來時落在很短相對不應期內,產生的動作電位也相近,遞減傳導不明顯。而鈣控組織因有較長的相對不應期,故因刺激落在相對不應期內的深淺不同而成明顯的遞減傳導。
值得注意的是,鈉控組織的「全或無」也是相對的,而不是絕對的。當在某些病理或異常因素下,如心肌缺血、藥物等,快反應細胞相對不應期會延長,會被「放大」,刺激落在相對不應期的機會大大增加,也會出現遞減傳導,呈「非全或無」。另外,即使在正常的生理情況下也可見到鈉控組織的「非全或無」現象,例如臨床上經常可以見到的快頻率依賴性差傳,可呈完全性或不完全性RBBB圖形,亦是對上述觀點的證明。
最後,弱弱的問一句,我講明白沒?