备课素材知识点：心电曲线及影响因素 高中生物人教版选择性必修1

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心肌细胞产生动作电位如下图所示，其静息电位及去极化过程产生原理和神经细胞基本相同，但复极化过程分为1、2、3三个时期，其中2时期心肌细胞膜上K+通道和Ca2+通道开放，3时期Ca2+通道关闭。下列叙述正确的是（ ）
A.0时期处于去极化过程，Na+内流速度逐渐增大
B.2时期K+外流速度约等于Ca2+内流速度的2倍
C.4时期心肌细胞膜需要主动转运泵入K+和Ca2+
D.血浆中K+浓度升高可使心肌细胞静息电位绝对值增大
解析：0时期处于去极化过程，与Na+内流速度有关，细胞去极化的速度在动作电位上表现为0期的斜率，由于图中的斜率几乎不变，Na+内流速度不变，A错误；在2期中，电流净流量大致为零，说明内向的钙离子流量与外向的钾离子流量相互抵消，所以2时期K+外流速度约等于Ca2+内流速度的2倍，B正确；细胞内K+浓度高，细胞外Ca2+高，4时期心肌细胞膜需要主动转运泵入K+和泵出Ca2+，C错误；血浆中K+浓度升高细胞时，则细胞内外钾浓度差就会变小，可使心肌细胞静息电位绝对值减小，D错误。故答案为B。
这道试题涉及到心电曲线的分析。
2019版高中生物学选择性必修一介绍了神经纤维上动作电位的产生，缺少曲线分析。因此学生有一定的难度。
心肌细胞具有可兴奋性，具体表现为：在心肌细胞受到刺激时，细胞膜上的通道按照一定的方式顺序开放和关闭。离子的跨膜转运导致跨膜电位的变化。以图形记录电压随时间的变化曲线，就成为了心肌细胞的动作电位。需要注意的是，不同的心肌细胞还是有差异的。
心肌细胞分为心房肌细胞和心室肌细胞。心室肌细胞的动作电位比骨骼肌和神经细胞的动作电位复杂得多。
心室肌细胞的动作电位分为3个阶段（五个时相）：去极化期、复极化期、静息期，其中复极化又可以分为三个阶段。给予心肌细胞一次阈上刺激，即可以观察到心肌细胞动作电位，持续时间约为500－600ms，分为0、1、2、3、4期。
1.心肌细胞的动作电位过程和原理
（1）“0”相－去极化期
心肌细胞受外刺激或邻位细胞传来的冲动，使膜的极化程度减少，达到阈电位（－70mv）时，快钠孔道开放，大量Na＋涌入细胞内，膜内电位急速上升至＋30mv，形成动作电位“0”相。机制与教材中讲的神经纤维相似，只不过时间很短，约1－2毫秒（ms），幅度大，约120mv。
与一根神经中的神经纤维不同的是，神经纤维之间是绝缘的，互不干扰，而一个肌肉细胞的去极化可以迅速引起相邻心肌细胞的去极化。因此，一旦一个心肌细胞受到刺激发生去极化，电脉冲将快速扩布至整个心脏。
（2）“1”相、“2”相和“3”相－复极化期
去极化达到顶峰时，由于Na＋通道快速关闭，复极化立即开始。
心肌细胞复极化，也就是心肌细胞去极化后离子流恢复至原始状态的过程，在动作电位上表现为1-3期。因为再次去极化只能发生在复极化结束以后，因而1-3期这段时间称为心肌细胞的不应期。这段时间持续时间长，占动作电位相当的宽度。动作电位2期平台期是心肌细胞所特有。
“1”相：膜内电位从+30mV到0mV这段时间，以K＋外渗为主，使膜内电位减低，为动作电位“1”相。
“2”相：这是区别于神经细胞和骨骼肌细胞的主要时期。2期除了钾离子通道介导外，还由慢钙通道介导，此后由于Ca2＋内流及K＋外渗大致平衡，膜内外电位差接近于零，呈等电位状态，形成动作电位“2”相平波。干扰2期平台期，就可以有效延长心肌不应期。
“3”相：膜内0mV电位下降到－90mV电位，经历的时间是100－150毫秒。随时间后移K＋外流增加动作电位渐降，降至－55mv时，慢钙孔道关闭而快钾孔道进一步开放，形成动作电位“3”相。
（3）“4”相－静息期
此时期，膜电位已经处于静息电位水平（－90mV），由于动作电位期间离子发生内外的分布改变，促使钠钾泵活动增强。
对于大部分的心肌细胞（试题中应该指的就是这类细胞，心室肌细胞和心房肌细胞），4期静息期的点位是相对静止的，跨细胞膜没有离子的净移动。第“4”相细胞复极化完了呈舒张状态，细胞内Na+过多，激活ATP酶，泵出Na+换回K＋，同时Ca2＋与细胞外Na+交换，“4”相电位稳定，从而维持细胞膜内外离子的正常分布。
但在部分细胞的静息期点位并不静止（指的是窦房结细胞和蒲肯野细胞），存在离子跨膜转运，导致跨膜电位的逐步升高。当跨膜电位足够大时，达到阈值，导致细胞去极化。这种去极化与任何去极化一样都可以诱发相邻细胞的去极化，并扩布至整个心脏。这种4期自动去极化称为心肌细胞的自律性。
自律性是产生心脏正常节律的基础。正常情况下，窦房结细胞自动去极化最快，成为心脏的起搏细胞。当窦房结细胞自律性受损时，次级起搏细胞（通常位于房室交界区）以相对较慢的频率起搏心脏（如图）。
2.影响心肌兴奋的主要因素
（1）静息电位和阈电位的距离
当阈电位不变的情况下，静息电位值增大，所需的刺激阈值增大，兴奋性降低，反之，静息电位值减小，所需的刺激阈值减小，兴奋性升高。例如，血清钾浓度过低时，细胞内外的浓度差增大，K+外渗透能力增强，静息电位的值增大，兴奋性降低。
在静息电位不变的情况下，阈电位水平降低，与静息电位的距离减小，所需要的刺激阈值减小，兴奋性升高；反之，阈电位水平升高，与静息电位的距离增大，所需要的刺激阈值增大，兴奋性降低。
（2）平台期的长短
心动周期中，心脏跳动的时间节律主要就是由平台期影响的。在平台期中，内向的钙离子流量与外向的钾离子流量相互抵消，所以电流净流量大致为零，从而形成持续时间很长的平台期。而当细胞内的钾离子浓度减少，于是乎钾离子的浓度梯度变小，外向电流变小，于是平台期缩短。一旦平台期缩短，心肌细胞的不应期也相应缩短，于是心跳相应加快。
（3）钠离子通道的状态
钠通道有三种状态：备用、激活和和失活。钠通道处于何种状态取决于当时膜电位以及时间进程，当膜电位处于正常静息电位时，钠通道处于备用状态，此时兴奋性正常。当膜电位从静息电位去极化到阈电位时，大量钠离子通道处于激活状态，钠离子大量内流产生兴奋，钠通道激活后迅速失活，使兴奋性为零，只有在膜电位恢复到原来的静息电位时，钠离子通道才恢复到备用状态，其兴奋性也恢复到正常。因此，钠通道是否处于备用状态，是细胞是否具有兴奋性的前提。