[发明专利]肌肉的电控制器

说明书

本发明涉及心肌的控制，尤其是利用非兴奋的电信号来进行控制。

本申请与以下的美国申请和以色列申请有关，这些申请的公开文件被本文引作参考：1996年1月11日递交的名称为“心脏机电学”的第60/009769号美国临时申请，1996年1月8日递交的名称为“心脏机电学”的第116699号以色列申请，1996年2月5日递交的名称为“肌肉的电控制器”的第60/011117号美国临时申请，1996年9月17日递交的名称为“肌肉的电控制器”的第119261号以色列申请，1996年9月16日递交的名称为“肌肉的电控制器”的第60/026392号美国临时申请，以及1996年2月1日递交的名称为“心脏机电学”、申请流水号为08/595365的美国申请。

心脏是一个肌肉泵，它的机械活动是由产生于右心房并传导至整个心脏的电刺激控制的。在一个正常的心脏中，驱动心脏的电刺激是以动作电位的形式起源于右心房的窦房结(SA)中的一组起搏细胞之中。然后这些动作电位快速扩散到右心房和左心房。当所述动作电位到达一个未兴奋的心肌细胞时，该细胞将除极化(因而使所述动作电位继续扩散)和收缩。然后所述的动作电位将进入心脏的传导系统并经过一个很短的延时后扩散到心脏的左心室和右心室的各处。可以理解为兴奋信号通过顺序激活相连的肌纤维的方式在心脏内传播。经过一个很短的延时后，每一个心肌细胞都将响应于到达的兴奋信号而产生一个刺激下一个心肌细胞的新的动作电位。利用体液的电解质特性，一般意义的电流也能在心脏中传导，但是，由于心肌的阻抗相当大，所以这种传导不能用于传导所述兴奋信号。

在心室肌细胞中，跨膜静息电位大约为-90mV(毫伏)(相对于细胞膜外，膜内电位为负的)。图1A示出了在心动周期中一个心室肌细胞的跨膜动作电位。当一个兴奋信号到达细胞的一端时，一个除极化波沿着细胞膜快速前进，直至整个细胞膜都被除极，通常达到大约+20mV(23)。细胞膜的完全除极化在很短的时间内发生，大约只需几个毫秒。然后细胞将快速(没有所述除极化快)除极大约10mV。快速除极化后，细胞将在大约200-300msec(毫秒)的时间内缓慢复极20mV，叫作平台期(25)。肌肉的收缩就发生在平台期内。在平台期结束后，细胞快速复极(27)回到其静息电位(21)。不同的心肌细胞具有不同的电特性，特别是，窦房结中的细胞不具有实质的平台期，并且其静息电位没有心室细胞低。

在下面的讨论中，应当理解，对控制动作电位和离子泵及离子通道的确切机制只是部分地了解。存在着许多理论，并且该领域一直处于不断变化之中。

在细胞中，电活动反映了化学活动。在除极化之前(在静息状态时)，细胞中的钠离子的浓度大约为细胞外的间质液中钠离子浓度的十分之一。细胞内的钾离子浓度大约比细胞外浓35倍。细胞外的钙离子浓度要比细胞内浓一万倍以上。这种浓度差别是通过细胞膜对不同离子的选择性通透性和细胞膜内的离子泵来保持的，所述离子泵不断将钠离子和钙离子泵出细胞并不断将钾离子泵入细胞。细胞与其外环境之间的浓度差的结果之一就是能在细胞内产生较大的负电位，如上所述大约为90mV。

当细胞膜的一部分通过如动作电位之类的方式被除极，该除极化波将沿着细胞膜扩散。这个波将使很多电压门控钠通道打开。通过这些通道流入的钠离子快速地将细胞膜的电位从负变成正(图1A中的23)。当负电压的绝对值变小时，这些通道则开始关闭，并直至细胞再次被除极化时才会打开。应该注意到，钠通道必须处于一个特定值的负电压状态，才能被再打开。因此，在这些细胞充分复极化之前，这些通道是不能被动作电位打开的。在大多数细胞中，通常钠通道的关闭比打开更为平缓。在快速除极化之后，细胞膜开始一个快速复极化过程。尽管钠通道的关闭似乎是一个重要因素，但所述快速复极化的机制尚未完全明白。在一个很短的快速复极化过程之后，将产生一个相对长(200-300msec)的缓慢复极化期平台(图1A中的25)。在平台期内细胞将不可能发动另一次动作电位，因为钠通道是失活的。