第三节-离子与心肌

第三节离子与心肌•钾离子•钙离子•钠离子•镁离子一、钾离子钾离子(K+)是心肌细胞内主要的阳离子，细胞内液中K+浓度([K+]i)高达140mmol/L，为细胞的正常生化代谢活动必需。血清或细胞外液的K＋浓度([K+]。)为3.5～5.5mmol儿，平均约4mmol／L。心肌细胞膜上的外向钾电流是形成静息电位(restingpotential，RP)或最大复极电位和动作电位(actionpotential，AP)复极化的基础，此外还参与自律性细胞的4期自动去极化的形成。心肌细胞膜上有8～10种不同类型的钾电流。例如，内向整流性钾电流(IK1)是形成RP或最大复极电位的离子流，还参与AP复极化的平台期和3期的形成；延迟整流性钾电流(Ik)参与AP复极化的平台期和3期的形成，在自律性细胞复极化的4期，该电流又呈进行性衰减，是形成4期自动去极化的主要原因；短暂的外向钾电流(Ito)则是形成快反应细胞AP复极化l期的主要离子流。心肌细胞对[K+]。变化很敏感，快反应细胞(心房肌、心室肌和浦肯野纤维)比慢反应细胞(窦房结和房室结自律性细胞)更为敏感，其中以心房肌最为敏感，希氏束－浦肯野纤维次之，窦房结最不敏感。[K+]o高于5.5mmol／L称为高钾血症。[K+]o5.5～7.Ommol／L为轻度高钾，[K+]。7～9mmol／L为中度高钾，[K+]超过9mmol／L为重度高钾。1、膜电位的变化(1)RP：高钾时，膜内、膜外K+浓度梯度减小，RP绝对值减小，这种现象称为高钾去极化。(2)AP：在AP期间，由于RP减小，钠通道的激活程度和Na+内流的电位梯度减小，均使钠电流(INa)减小，动作电位幅度(actionpotentialamplitude，APA)和0期去极化速度(Vmax）降低。而在AP复极化期，由于[K＋]o增高，心肌细胞膜对K＋的通透性提高(其机制不详)，外向钾电流(主要是Ik，IK1)增强，使动作电位时程(actionpotentialduration，APD)缩短，平台期和有效不应期(effectiverefractoryperiod，ERP)也相应缩短。(一)高钾2、生理特性变化(1)兴奋性的变化轻度高钾时，由于RP略有减小，RP与阈电位之间的距离缩短而更为接近，可使引起兴奋所需的阈刺激减小，亦即兴奋性增高。中度或重度高钾时，由于RP过低，钠通道的激活程度和钠内流的电位梯度过低，使钠电流减小，则引起兴奋所需的阈刺激增大，兴奋性降低。若[K＋]o过高而使RP减小到-60mV以下时，则钠通道全部失活，钠电流不能产生，快反应电位转变为部分失活，钠电流不能产生，快反应电位转变为慢反应电位。因此，在[K+]。逐步增高过程中，心肌的兴奋性呈先升高而后降低的双向性变化。如果[K+]o迅速增高，则兴奋性将立即降低甚至消失。此外，由于AP复极化加速，APD缩短，故ERP(有效不应期)也随之缩短。(2)传导性的变化轻度高钾时，由于RP略有减小，与阈电位更为接近，则局部电位更易达到阈电位而形成兴奋扩布，故传导性略有增高。但中度以上高钾时，由于RP显著减小，Na+内流的电位梯度显著降低和钠通道的部分失活，使APA和Vamx显著降低，传导性也随之降低而形成传导阻滞。因此，当血钾逐渐增高时，对传导性也有双向性影响。但若血钾迅速增高则立即出现传导性降低，可形成窦房间、心房内、房室间或心室内传导阻滞。由于窦房结对高钾不敏感，而心房肌对高钾最敏感，因此当心房的兴奋性和传导性消失而心电图中不出现P波时，窦房结所产生的兴奋仍可通过心房内优势传导通路传向房室结并进入心室，形成窦室传导。(3)自律性的变化窦房结起搏细胞由于缺乏IkI钾通道，故对高钾不敏感，高钾对其自律性略有降低。而在快反应自律性细胞，由于在AP复极化期K+外流增强，4期自动去极化速度降低，故自律性降低。(4)收缩性的变化[K+]。增高可以激活细胞膜上的Na+-K+ATPase，使细胞外间隙中的Na+浓度增高而导致:①细胞外Na+竞争性抑制Ca2+内流，使钙电流减少，Ca2+内流减少。②细胞外Na+促进跨膜Na+-Ca2+交换，使细胞内液Ca2+外运增多。这两者均使[Ca2+]降低，Ca2+激发心肌兴奋-收缩耦联作用减弱。因此高血钾时心肌的收缩性降低，收缩力减弱。3、心电图的变化高钾时，由于APA和Vmax降低，心电图中显示心房的P波电压降低和波幅增宽,心室的R波电压低而QRS综合波增宽。心室复极化加速，显示T波高耸狭窄，为高血钾心电图的主要特点。心室肌APD缩短，则Q-T间期缩短，但也可因QRS综合波增宽而延长。房室传导减慢，故P-R间期延长。4、心律失常由于高钾对正常起搏点窦房结自律性活动的影响很小，而对潜在起搏点自律性活动有强大的抑制作用，因此高血钾可使心脏在正常起搏点的控制下更有效地制止异位起搏点的自律性活动，而不伴有传导性降低和不应期缩短，所以应用钾盐以提高血钾浓度可以治疗异位起搏点所形成的自律性异常的心律失常。当血钾浓度显著增高时，由于传导性降低和不应期缩短，易发生兴奋折返，可形成各种折返型心律失常，包括心室纤维颤动。心电图中QRS综合波显著增宽往往是高血钾引起严重心律失常的信号，增宽达50％左右时需做紧急处理。在浦肯野纤维末梢发生传导阻滞时可形成心室停搏。心室停搏或心室颤动是应用钾盐过量或血钾浓度过高导致心性猝死的主要原因。但在心脏手术时，钾盐可作为选择性心脏停搏的药物之一，形成心脏麻痹，可以延长心脏手术时间，并保护心脏组织而减轻缺血性损伤。高血钾使心脏停搏在哪一期？为什么高钾使心脏停搏在舒张期。原因要从钾离子对心肌生理特性谈起。兴奋性：当[K+]大幅度升高时，RP的绝对值减小到-55mv时，钠通道的开放效率降低，钠通道逐渐失活，细胞的兴奋性降低或丧失，严重时，可导致心肌停搏于舒张状态。此时，仅由Ca2+来构成动作电位，故上升支小而缓慢，使兴奋传导性降低。收缩性：高钾对心肌收缩功能有抑制作用。因为细胞外的钾和钙在细胞膜上有竞争性抑制，因此当膜外[K+]↑时，平台期内流的Ca2+减少，心肌细胞内的Ca2+浓度难于升高，减小了Ca2+的兴奋-收缩偶联作用从而减低了心肌的收缩能力，心脏收缩与肌质网释放钙有关，肌质网不能有效释放钙，不能引起收缩，使心脏停在舒张期。5、防治原则(1)防治原发病，消除引起高血钾的原因。(2)降低体内总钾量：一方面减少K+的摄入量；另一方面可用透析疗法(腹膜透析或血液透析)增加机体排钾量。(3)使K+由细胞外液转入到细胞内：应用葡萄糖和胰岛素大剂量静脉输入，促进糖原合成。或输入碱性药物，如碳酸氢钠或乳酸钠，提高血液PH，通过机体的缓冲机制，一方面使肾小管Na+-H+交换减弱，刺进K+-H+交换增强，促进K+向细胞内转移，从而降低血钾浓度。(4)应用钙盐和钠盐拮抗高血钾对心肌的毒性作用：注射钙盐，使[Ca2+]o增加，AP的平台期Ca2+内流量增多，可提高心肌的收缩能力。应用钠盐，增加[Na+]。，AP的0期Na+内流量增多，APA和Vamx增大，可改善心肌的传导性。[K+]。低于3.5mmol／L称为低钾血症。1．膜电位的变化(1)RP：在神经和骨骼肌细胞，当[K+]。降低时，由于细胞膜内外K+浓度梯度增大，K+外流增多，可使RP增大。但在心肌则不同，当[K+]。降低时，心肌细胞膜对K+的通透性降低，K+外流减少(其原因未明)，故RP反而有所减小。因此，低钾对心肌细胞膜电位也有去极化作用。（2）AP：RP减小则使Na+内流时钠通道激活的程度和电位梯度降低，使APA和Vamx减小，低钾时K+对平台期ca2+内流的拮抗抑制作用减弱，Ca2+内流增强，又反馈性地抑制钙通道，故平台期有所缩短；由于K+外流减慢，故复极3期延长，整个APD也延长。(二)低钾(1)兴奋性的变化：RP减小,则RP与阈电位更为接近，引起兴奋所需的阈刺激减小，因此兴奋性增高。由于复极期缩短，兴奋的ERP缩短；由于APD延长，故超常期延长。(2)传导性的变化：APA和Vamx降低，则兴奋扩布的速度减慢，传导性降低。（3)自律性的变化；低钾时窦房结起搏细胞对K+不敏感，自律性可能略有增高。快反应自律细胞在低钾时钾外向电流减小，而钠内向电流超过钾外向电流，故4期自动去极化的速度加快，自律性增高。(4)收缩性的变化：低钾时心肌收缩能力增强。但在严重或慢性低血钾时，可引起细胞内缺钾，使心肌细胞代谢障碍而发生变性坏死，因而心肌收缩减弱。2、生理特性的变化3、心电图的变化低钾时心肌的传导性降低，在心电图中显示P-R间期轻度延长的QRS综合波增宽。复极二期平台缩短，显示S-T段下移。复极3期延长则显示T波电压降低和增宽，井可在其末期出现U波。APD延长则显示Q-T间期延长。4、心律失常低钾时易发生各种类型的严重心律失常。例如，由于兴奋性增高，超常期延长，异位自律性增高，易产生异位节律而形成各种自律性异常的心律失常；又由于传导性降低，ERP缩短，易产生折返型心失常。5、防治原则(1)防治原发病，消除失钾的原因，尽快恢复饮食和肾功能。(2)补钾：对严重低钾血症或出现明显临床症状者，应及时补钾。注意问题：①纠正酸中毒后才能补钾。②肾功能正常时才能输入K+。因为K+主要通过肾脏排泄。尿少时不宜补钾，每天尿量在500ml以上时才能进行注射补钾。③钾盐不能进行皮下或肌肉注射，钾盐只能进行静脉滴注，且浓度不宜过高(低于0.l％)，速度不宜过快。④密切观察心率、心律，定时测定血钾浓度。二、钙离子Ca2+除了参与心肌细胞的兴奋-心缩耦联，增强心肌收缩力外，还参与心肌细胞的电活动。细胞外Ca2+经钙通道内流而形成钙电流。它在慢反应细胞中形成AP去极化0期和复极化2期，也是4期自动去极化的主要因素，在快反应细胞，在AP去极化0期之末的Ca2+内流，参与超射的形成。在AP复极化二期平台，也主要是Ca2+内流所产生的。Ca2+与其他离子之间也有相互作用。例如在细胞膜外侧，Ca2+能抑制Na+内流，称为膜屏障作用。钙通道的口径较大，对离子的选择性较低，因此与Na+有竞争性抑制作用。Ca2+在细胞内可作用于某些钾通道(Ik1、Ik及Ito)的内侧面，使其构型改变而激活这些通道，促进K+外流。另外，H+在细胞内可与Ca2+竞争肌钙蛋白上的Ca2+结合位点，H+还能与肌钙蛋白的抑制亚基有协同作用，降低肌钙蛋白对Ca2+的亲和力。正常人血清钙浓度为2.25～2.75mmol／L，儿童稍高，常处于上限。血清钙高于2.75mmol／L为高钙血症。1、膜电位的变化(1)RP略有增大。这是因为Ca2+进入细胞内增多，可激活一种钾电流(IK1)，使K+外流增强；Ca2+在细胞外又能抑制INa，使Na+内漏减少。(2)AP：由于Ca2+抑制Na+内流，故APA和Vamx均降低，平台期Ca2+内流增多，平台增高。但Ca2+内流增多，使[Ca2+]i增高，能反馈性地抑制钙通道的开放，故平台期缩短。另外，Ca2+内流增多，还激活子某些钾通道(IKl、Ik及Ito等)，使K+外流增强，也能缩短平台期，同时复极3期也加速，APD缩短。慢反应细胞4期自动去极化速度增快(Ca2+内流增强)，而快反应自律细胞4期自动去极化的速度是减慢的(Ca2+的膜屏障作用——抑制Na+内流)。(一)高钙(1)兴奋性降低：由于钠通道受抑制，阈电位上移，RP值增大，与阈电位的差距增大，故兴奋性降低；由于平台期缩短，APD缩短，故ERP缩短。(2)传导性降低：由于APA及Vamx减小，阈电位上移，加之细胞间的连接膜通道在高钙时部分抑制，引起细胞间脱耦联，故传导性降低。(3)自律性：在慢反应细胞，由于钙电流增强，自律性可略有增强。在快反应自律细胞，由于If和INa.均减小，而钾外向电流增强，4期自动去极化速度减慢，其自律性降低。(4)收缩力增强：这是由于Ca2+内流增强，使[Ca2+]i增高；平台期Ca2+内流增多，触发肌质网释放的Ca2+也增加，这些因素均可使心肌收缩力增强。2、生理特性的变化3、心电图的变化高钙时复极化2期平台缩短，在心电图中显示S-T缩短，为其主要特点，