Potencjał czynnościowy serca - Cardiac action potential

Potencjału czynnościowego serca jest krótka zmiana napięcia ( potencjału błonowego ) w poprzek błony komórkowej w komórkach serca . Jest to spowodowane ruchem naładowanych atomów (zwanych jonami ) między wnętrzem a zewnętrzem komórki za pośrednictwem białek zwanych kanałami jonowymi . Potencjał czynnościowy serca różni się od potencjałów czynnościowych występujących w innych typach komórek pobudliwych elektrycznie, takich jak nerwy. Potencjały czynnościowe również różnią się w sercu; wynika to z obecności różnych kanałów jonowych w różnych komórkach (patrz poniżej).

W przeciwieństwie do potencjału czynnościowego w komórkach mięśni szkieletowych , potencjał czynnościowy serca nie jest inicjowany przez aktywność nerwową. Zamiast tego powstaje z grupy wyspecjalizowanych komórek, które mają zdolność automatycznego generowania potencjału czynnościowego. W zdrowych sercach komórki te znajdują się w prawym przedsionku i nazywane są węzłem zatokowo-przedsionkowym (SAN; więcej szczegółów poniżej). Wytwarzają około 60-100 potencjałów czynnościowych na minutę. Ten potencjał czynnościowy przechodzi wzdłuż błony komórkowej, powodując kurczenie się komórki, dlatego aktywność SAN powoduje tętno spoczynkowe wynoszące około 60-100 uderzeń na minutę. Wszystkie komórki mięśnia sercowego są ze sobą elektrycznie połączone za pomocą struktur znanych jako połączenia szczelinowe (patrz poniżej), które umożliwiają przejście potencjału czynnościowego z jednej komórki do drugiej. Oznacza to, że wszystkie komórki przedsionkowe mogą się kurczyć razem, a następnie wszystkie komórki komorowe.

Zależność potencjału czynnościowego od szybkości jest podstawową właściwością komórek serca, a zmiany mogą prowadzić do poważnych chorób serca, w tym arytmii serca, a czasami nagłej śmierci. Aktywność potencjału czynnościowego w sercu może być rejestrowana w celu wytworzenia elektrokardiogramu (EKG). Jest to seria skoków w górę i w dół (oznaczonych P, Q, R, S i T), które reprezentują depolaryzację (napięcie staje się bardziej dodatnie) i repolaryzację (napięcie staje się coraz bardziej ujemne) potencjału czynnościowego w przedsionkach i komorach (patrz elektrokardiografia, aby uzyskać więcej informacji).

Przegląd

Podobnie jak w mięśniach szkieletowych, spoczynkowy potencjał błonowy (napięcie, gdy komórka nie jest pobudzona elektrycznie) komórek komorowych wynosi około -90 miliwoltów (mV; 1 mV = 0,001 V), czyli wnętrze błony jest bardziej ujemne niż na zewnątrz. Główne jony znajdujące się na zewnątrz komórki w spoczynku to sód (Na ⁺ ) i chlorek (Cl ⁻ ), podczas gdy wewnątrz komórki jest to głównie potas (K ⁺ ).

Potencjał czynnościowy zaczyna się, gdy napięcie staje się bardziej dodatnie; jest to znane jako depolaryzacja i wynika głównie z otwarcia kanałów sodowych, które umożliwiają przepływ Na ⁺ do komórki. Po opóźnieniu (znanym jako bezwzględny okres refrakcji; patrz poniżej), następuje zakończenie potencjału czynnościowego, ponieważ kanały potasowe otwierają się, umożliwiając K ⁺ opuszczenie komórki i powodując powrót potencjału błonowego do wartości ujemnych, jest to znane jako repolaryzacja . Innym ważnym jonem jest wapń (Ca ²⁺ ), który można znaleźć na zewnątrz komórki, jak również wewnątrz komórki, w magazynie wapnia znanym jako retikulum sarkoplazmatyczne (SR). Uwalnianie Ca ²⁺ z SR, w procesie zwanym uwalnianiem wapnia indukowanym wapniem, jest niezbędne dla fazy plateau potencjału czynnościowego (patrz faza 2, poniżej) i jest podstawowym krokiem w sprzężeniu pobudzenia serca z skurczem.

Istnieją istotne różnice fizjologiczne między komórkami, które spontanicznie generują potencjał czynnościowy ( komórki rozrusznika ; np. SAN ) a tymi, które po prostu go przewodzą (komórki nierozrusznikowe; np. miocyty komorowe ). Specyficzne różnice w typach wyrażanych kanałów jonowych i mechanizmach ich aktywacji skutkują różnicami w konfiguracji kształtu fali potencjału czynnościowego, jak pokazano na rysunku 2.

Fazy ​​potencjału czynnościowego serca

Potencjały czynnościowe zarejestrowane z przedsionkowych i komorowych kardiomiocytów owiec z przedstawionymi fazami. Prądy jonowe zbliżone do potencjału czynnościowego komór.

Standardowym modelem używanym do zrozumienia potencjału czynnościowego serca jest model miocytu komorowego. Poniżej przedstawiono pięć faz potencjału czynnościowego miocytów komór, z odniesieniem również do potencjału czynnościowego SAN.

Rysunek 2a: Przebiegi potencjału czynnościowego komory (po lewej) i potencjału czynnościowego węzła zatokowo-przedsionkowego (po prawej). Poniżej znajdują się główne prądy jonowe odpowiedzialne za fazy (odchylenia w górę reprezentują jony wypływające z ogniwa, ugięcie w dół reprezentuje prąd do wewnątrz).

Faza 4

W miocytach komorowych faza 4 występuje, gdy komórka znajduje się w stanie spoczynku, w okresie zwanym rozkurczem . W standardowym ogniwie bez rozrusznika napięcie podczas tej fazy jest mniej więcej stałe, około -90 mV. W potencjał spoczynkowy błony wyniki strumienia jonów po wpłynięciu do komory (na przykład wapnia i sodu) i jonów o właściwościach popłynęła na zewnątrz komórki (np potasu, chlorek i wodorowęglan) jest całkowicie zrównoważony.

Przeciek tych jonów przez błonę jest podtrzymywany przez działanie pomp, które służą do utrzymywania mniej więcej stałego stężenia wewnątrzkomórkowego, a więc np. jony sodu (Na ⁺ ) i potasu (K ⁺ ) są utrzymywane przez jony sodu- pompa potasowa, która wykorzystuje energię (w postaci adenozynotrójfosforanu (ATP) ) do przeniesienia trzech Na ⁺ poza komórkę i dwóch K ⁺ do wnętrza komórki. Innym przykładem jest wymiennik sodowo-wapniowy, który usuwa jeden Ca ²⁺ z ogniwa na trzy Na ⁺ do ogniwa.

Podczas tej fazy membrana jest najbardziej przepuszczalna dla K ⁺ , który może przemieszczać się do lub z komórki przez kanały przeciekowe, w tym rektyfikujący do wewnątrz kanał potasowy. Dlatego spoczynkowy potencjał błonowy jest określany głównie przez potencjał równowagi K ⁺ i można go obliczyć za pomocą równania napięcia Goldmana-Hodgkina-Katza .

Jednak komórki rozrusznika nigdy nie są w spoczynku. W tych komórkach faza 4 jest również znana jako potencjał stymulatora . Podczas tej fazy potencjał błonowy powoli staje się bardziej dodatni, aż osiągnie zadaną wartość (około -40 mV; znany jako potencjał progowy) lub dopóki nie zostanie zdepolaryzowany przez inny potencjał czynnościowy, pochodzący z sąsiedniej komórki.

Uważa się, że potencjał stymulatora jest spowodowany grupą kanałów, zwanych kanałami HCN (ang. Hyperpolarization-Activated Cykliczny nukleotyd bramkowany przez nukleotydy) . Kanały te otwierają się przy bardzo ujemnych napięciach (tj. bezpośrednio po fazie 3 poprzedniego potencjału czynnościowego; patrz poniżej) i umożliwiają przejście zarówno K ^{+, jak} i Na ⁺ do komórki. Ze względu na ich niezwykłą właściwość aktywacji przez bardzo ujemne potencjały błonowe, ruch jonów przez kanały HCN określany jest jako prąd śmieszny (patrz poniżej).

Inną hipotezą dotyczącą potencjału stymulatora jest „zegar wapniowy”. Tutaj wapń jest uwalniany z retikulum sarkoplazmatycznego w komórce. Ten wapń zwiększa następnie aktywację wymiennika sód-wapń, powodując wzrost potencjału błonowego (gdy ładunek +3 jest wprowadzany do komórki (przez 3Na ⁺ ), ale tylko ładunek +2 opuszcza komórkę (przez Ca ²⁺ ). Ten wapń jest następnie pompowany z powrotem do komórki iz powrotem do SR za pomocą pomp wapniowych (w tym SERCA ).

Faza 0

Faza ta składa się z szybkiej, dodatniej zmiany napięcia w błonie komórkowej ( depolaryzacji ) trwającej krócej niż 2 ms w komórkach komorowych i 10/20 ms w komórkach SAN . Dzieje się tak z powodu przepływu netto ładunku dodatniego do komórki.

W komórkach innych niż rozrusznik (tj. komórkach komorowych) jest to wytwarzane głównie przez aktywację kanałów Na ⁺ , co zwiększa przewodnictwo błonowe (przepływ) Na ⁺ ( _gNa ). Kanały te są aktywowane, gdy potencjał czynnościowy dociera z sąsiedniej komórki przez połączenia szczelinowe . Kiedy tak się dzieje, napięcie w ogniwie nieznacznie wzrasta. Jeśli to zwiększone napięcie osiągnie określoną wartość ( potencjał progowy ; ~-70 mV), powoduje to otwarcie kanałów Na ⁺ . Powoduje to większy dopływ sodu do komórki, gwałtownie zwiększając napięcie (do ~ +50 mV; tj. w kierunku potencjału równowagowego Na ⁺ ). Jeśli jednak początkowy bodziec nie jest wystarczająco silny, a potencjał progowy nie zostanie osiągnięty, szybkie kanały sodowe nie zostaną aktywowane i nie zostanie wytworzony potencjał czynnościowy; jest to znane jako prawo „ wszystko albo nic” . Napływ jonów wapnia (Ca ²⁺ ) przez kanały wapniowe typu L również stanowi niewielką część efektu depolaryzacji. Zbocze fazy 0 przebiegu potencjału czynnościowego (patrz rysunek 2) przedstawia wzrost szybkości zmian napięcia, z potencjału czynnościowego serca i jest znany jako dV / dt _max .

Jednak w komórkach stymulatora (np. w komórkach węzła zatokowo-przedsionkowego ) wzrost napięcia błonowego spowodowany jest głównie aktywacją kanałów wapniowych typu L. Kanały te są również aktywowane przez wzrost napięcia, jednak tym razem jest to spowodowane potencjałem stymulatora (faza 4) lub nadchodzącym potencjałem czynnościowym. Kanały wapniowe typu L aktywują się pod koniec potencjału stymulatora (a zatem przyczyniają się do późniejszych etapów potencjału stymulatora). Kanały wapniowe typu L są aktywowane wolniej niż kanały sodowe w komórce komorowej, dlatego nachylenie depolaryzacji w przebiegu potencjału czynnościowego stymulatora jest mniej strome niż w przebiegu fali potencjału czynnościowego stymulatora.

Faza 1

Faza ta rozpoczyna się szybką dezaktywacją kanałów Na ⁺ przez bramkę wewnętrzną (bramkę dezaktywacji), zmniejszającą przemieszczanie się sodu do komórki. W tym samym czasie kanały potasowe (zwane I _do1 ) otwierają się i zamykają szybko, pozwalając na krótki wypływ jonów potasu z komórki, przez co potencjał błonowy jest nieco bardziej ujemny. Nazywa się to „wycięciem” na przebiegu potencjału czynnościowego.

Nie ma oczywistej fazy 1 obecnej w komórkach stymulatora.

Faza 2

Faza ta jest również znana jako faza „plateau” ze względu na prawie stały potencjał błony , ponieważ błona powoli zaczyna się repolaryzować. Wynika to z bliskiej równowagi ładunku wchodzącego i wychodzącego z komórki. Podczas tej fazy opóźnione kanały potasowe prostownika umożliwiają potasowi opuszczenie komórki, podczas gdy kanały wapniowe typu L (aktywowane przez przepływ sodu w fazie 0) umożliwiają przemieszczanie się jonów wapnia do komórki. Te jony wapnia wiążą się i otwierają więcej kanałów wapniowych (zwanych receptorami ryanodynowymi) zlokalizowanych na siateczce sarkoplazmatycznej w komórce, umożliwiając wypływ wapnia z SR. Te jony wapnia są odpowiedzialne za skurcz serca. Wapń aktywuje również kanały chlorkowe zwane I _do2 , które pozwalają Cl ⁻ dostać się do komórki. Ruch Ca ²⁺ przeciwstawia się repolaryzacyjnej zmianie napięcia spowodowanej przez K ⁺ i Cl ⁻ . Poza tym zwiększone stężenie wapnia zwiększa aktywność wymiennika sodowo-wapniowego, a wzrost sodu wnikającego do komórki zwiększa aktywność pompy sodowo-potasowej. Ruch wszystkich tych jonów powoduje, że potencjał błonowy pozostaje względnie stały. Ta faza odpowiada za długi czas trwania potencjału czynnościowego i jest ważna w zapobieganiu nieregularnemu bicie serca (arytmia serca).

W potencjałach czynnościowych stymulatora nie występuje faza plateau.

Faza 3

Podczas etapu 3 ( „szybki repolaryzacji” faza) potencjału czynnościowego, L typu Ca ²⁺ kanałów w pobliżu, podczas gdy powolna opóźniony prostownik (I _Ks ) K ⁺ kanały pozostają otwarte, ponieważ więcej kanałów nieszczelności potasu otworzyć. Zapewnia to dodatni prąd wyjściowy netto, odpowiadający ujemnej zmianie potencjału błonowego , umożliwiając w ten sposób otwarcie większej liczby typów kanałów K ⁺ . Są to przede wszystkim kanały prostownika szybkiego opóźnionego K ⁺ (I _Kr ) i prostownika do wewnątrz prądu K ⁺ , I _K1 . Ten wychodzący na zewnątrz, dodatni prąd (równy utracie dodatniego ładunku z ogniwa) powoduje repolaryzację ogniwa. Opóźnione kanały prostownika K ⁺ zamykają się, gdy potencjał membrany zostaje przywrócony do około -85 do -90 mV, podczas gdy I _K1 pozostaje przewodzący przez całą fazę 4, co pomaga ustawić spoczynkowy potencjał membrany

Pompy jonowe, jak omówiono powyżej, takie jak wymiennik sodowo-wapniowy i pompa sodowo-potasowa przywracają stężenia jonów z powrotem do stanów równowagi potencjału przedreakcyjnego. Oznacza to, że wypompowywany jest wewnątrzkomórkowy wapń, który odpowiadał za skurcz miocytów sercowych. Gdy to zostanie utracone, skurcz ustaje, a komórki miocytowe rozluźniają się, co z kolei rozluźnia mięsień sercowy.

W tej fazie potencjał czynnościowy nieuchronnie ulega repolaryzacji. Rozpoczyna się to zamknięciem kanałów Ca ²⁺ typu L , podczas gdy kanały K ⁺ (z fazy 2) pozostają otwarte. Głównymi kanałami potasowymi biorącymi udział w repolaryzacji są prostowniki opóźnione (I _Kr ) i (I _Ks ) oraz prostownik wewnętrzny (I _K1 ) . Ogólnie rzecz biorąc, istnieje dodatni prąd wyjściowy netto, który powoduje ujemną zmianę potencjału błonowego. Opóźnione kanały prostownika zamykają się, gdy potencjał błonowy zostaje przywrócony do potencjału spoczynkowego, podczas gdy wewnętrzne kanały prostownika i pompy jonowe pozostają aktywne przez całą fazę 4, resetując spoczynkowe stężenia jonów. Oznacza to, że wapń używany do skurczu mięśni jest wypompowywany z komórki, co powoduje rozluźnienie mięśni.

W węźle zatokowo-przedsionkowym ta faza jest również spowodowana zamknięciem kanałów wapniowych typu L, co zapobiega wewnętrznemu przepływowi Ca ²⁺ i otwarciu szybkich opóźnionych kanałów potasowych prostownika (I _Kr ).

Okres ogniotrwałości

Komórki serca mają dwa okresy refrakcji , pierwszy od początku fazy 0 do połowy fazy 3; jest to znane jako absolutny okres refrakcji, podczas którego komórka nie może wytworzyć innego potencjału czynnościowego. Po tym następuje natychmiast, aż do końca fazy 3, okres względnej refrakcji, podczas którego do wytworzenia kolejnego potencjału czynnościowego potrzebny jest silniejszy niż zwykle bodziec.

Te dwa okresy refrakcji spowodowane są zmianami stanu kanałów sodowych i potasowych . Gwałtowna depolaryzacja komórki podczas fazy 0 powoduje, że potencjał błonowy zbliża się do potencjału równowagi sodu (tj. potencjału błonowego, przy którym sód nie jest już wciągany do lub z komórki). Gdy potencjał błonowy staje się bardziej dodatni, kanały sodowe zamykają się i blokują, jest to znane jako stan „nieaktywny”. W tym stanie kanały nie mogą być otwarte bez względu na siłę bodźca pobudzającego – powoduje to bezwzględny okres refrakcji. Względny okres refrakcji wynika z wycieku jonów potasu, co powoduje, że potencjał błony jest bardziej ujemny (tzn. jest hiperpolaryzowany), co powoduje zerowanie kanałów sodowych; otwierając bramkę dezaktywacji, ale nadal pozostawiając kanał zamknięty. Oznacza to, że można zainicjować potencjał czynnościowy, ale wymagany jest silniejszy niż zwykle bodziec.

Węzły szczelinowe

Połączenia szczelinowe pozwalają na przeniesienie potencjału czynnościowego z jednej komórki do drugiej (mówi się, że elektrycznie łączą sąsiednie komórki serca ). Są one wykonane z rodziny białek koneksyn, które tworzą por, przez który mogą przechodzić jony (m.in. Na ⁺ , Ca ²⁺ i K ⁺ ). Ponieważ potas jest najwyższy w komórce, to głównie potas przechodzi przez nią. Ten zwiększony poziom potasu w sąsiedniej komórce powoduje nieznaczny wzrost potencjału błony, aktywując kanały sodowe i inicjując potencjał czynnościowy w tej komórce. (Krótki, wywołany gradientem chemicznym, wypływ Na+ przez konekson przy szczytowej depolaryzacji powoduje przewodzenie depolaryzacji komórki do komórki, a nie potasu). Połączenia te umożliwiają szybkie przewodzenie potencjału czynnościowego w sercu i są odpowiedzialne za przepuszczanie wszystkich komórki w przedsionkach kurczą się razem, jak również wszystkie komórki w komorach. Nieskoordynowany skurcz mięśnia sercowego jest podstawą arytmii i niewydolności serca.

Kanały

Kanały jonowe to białka, które zmieniają kształt w odpowiedzi na różne bodźce, aby umożliwić lub uniemożliwić ruch określonych jonów przez błonę (mówi się, że są selektywnie przepuszczalne). Bodźce, które mogą pochodzić z zewnątrz komórki lub z jej wnętrza, mogą obejmować wiązanie określonej cząsteczki z receptorem na kanale (znane również jako kanały jonowe bramkowane ligandem ) lub zmianę potencjału błonowego wokół kanału, wykrywany przez czujnik (znany również jako kanały jonowe bramkowane napięciem ) i może działać w celu otwarcia lub zamknięcia kanału. Pory utworzone przez kanał jonowy są wodniste (wypełnione wodą) i umożliwiają szybkie przemieszczanie się jonów przez membranę. Kanały jonowe mogą być selektywne dla określonych jonów, więc istnieją kanały specyficzne dla Na ⁺ , K ⁺ , Ca ²⁺ i Cl ⁻ . Mogą być również specyficzne dla pewnego ładunku jonów (tj. dodatniego lub ujemnego).

Każdy kanał jest kodowany przez zestaw instrukcji DNA, które mówią komórce, jak to zrobić. Te instrukcje są znane jako gen . Rysunek 3 przedstawia ważne kanały jonowe zaangażowane w potencjał czynnościowy serca, prąd (jony), który przepływa przez kanały, ich główne podjednostki białkowe (elementy budulcowe kanału), niektóre z ich kontrolujących genów, które kodują ich strukturę i fazy które są aktywne podczas potencjału czynnościowego serca. Niektóre z najważniejszych kanałów jonowych biorących udział w potencjale czynnościowym serca opisano pokrótce poniżej.

Aktywowane hiperpolaryzacją kanały bramkowane cyklicznym nukleotydem (HCN)

Zlokalizowane głównie w komórkach rozrusznika, kanały te uaktywniają się przy bardzo ujemnych potencjałach błonowych i pozwalają na przejście zarówno Na ^{+, jak} i K ⁺ do komórki (ten ruch jest znany jako zabawny prąd, I _f ). Te słabo selektywne kanały kationowe (jony naładowane dodatnio) przewodzą więcej prądu, gdy potencjał błonowy staje się bardziej ujemny (hiperpolaryzowany). Aktywność tych kanałów w komórkach SAN powoduje powolną depolaryzację potencjału błony, dlatego uważa się, że są one odpowiedzialne za potencjał stymulatora. Nerwy współczulne bezpośrednio wpływają na te kanały, powodując zwiększenie częstości akcji serca (patrz poniżej).

Szybki kanał Na ⁺

Te kanały sodowe są zależne od napięcia, otwierają się szybko z powodu depolaryzacji błony, która zwykle zachodzi z sąsiednich komórek, poprzez połączenia szczelinowe. Pozwalają na szybki przepływ sodu do komórki, całkowicie depolaryzując błonę i inicjując potencjał czynnościowy. Wraz ze wzrostem potencjału błonowego kanały te zamykają się i blokują (stają się nieaktywne). Ze względu na szybki napływ jonów sodu (stroma faza 0 w przebiegu potencjału czynnościowego) aktywacja i dezaktywacja tych kanałów następuje prawie w tym samym czasie. W stanie inaktywacji Na ⁺ nie może przejść (bezwzględny okres refrakcji). Jednak zaczynają wracać do zdrowia po inaktywacji, gdy potencjał błonowy staje się bardziej ujemny (względny okres refrakcji).

Kanały potasowe

Dwa główne typy kanałów potasowych w komórkach serca to prostowniki wewnętrzne i kanały potasowe bramkowane napięciem.

Wewnętrznie rektyfikujące kanały potasowe (K _ir) sprzyjają przepływowi K ⁺ do komórki. Ten dopływ potasu jest jednak większy, gdy potencjał błonowy jest bardziej ujemny niż potencjał równowagi dla K ⁺ (~-90 mV). Gdy potencjał błonowy staje się bardziej dodatni (tj. podczas stymulacji komórki z sąsiedniej komórki), przepływ potasu do komórki przez K _ir maleje. Dlatego K _ir odpowiada za utrzymanie spoczynkowego potencjału błonowego i inicjowanie fazy depolaryzacji. Jednakże, ponieważ potencjał błony staje się coraz bardziej pozytywne, kanał zaczyna umożliwić przejście K ⁺ z komórki. Ten wypływ jonów potasu na zewnątrz przy bardziej dodatnich potencjałach błonowych oznacza, że _Kir może również wspomóc końcowe etapy repolaryzacji.

Te kanały potasowe bramkowane napięciem (K _V ) są aktywowane przez depolaryzację. Prądy wytwarzane przez te kanały obejmują przejściowy prąd potasowy I _do1 . Ten prąd ma dwa składniki. Oba składniki aktywować szybko, ale ja _{do nich, szybko} inaktywuje się szybciej niż ja _{do powolny} . Prądy te przyczyniają się do wczesnej fazy repolaryzacji (faza 1) potencjału czynnościowego.

Inną formą kanałów potasowych bramkowanych napięciem są opóźnione kanały potasowe prostownika. Kanały te przenoszą prądy potasowe, które są odpowiedzialne za fazę plateau potencjału czynnościowego, a ich nazwy wynikają z szybkości, z jaką się aktywują: wolno aktywujący I _Ks , szybko aktywujący I _Kr i ultraszybko aktywujący I _Kur .

Kanały wapniowe

W mięśniu sercowym znajdują się dwa kanały wapniowe bramkowane napięciem: kanały wapniowe typu L ("L" dla długotrwałych) i kanały wapniowe typu T ("T" dla przejściowych, tj. krótkie). Kanały typu L są częstsze i najgęściej zasiedlone w błonie kanalików t komórek komorowych, podczas gdy kanały typu T znajdują się głównie w komórkach przedsionkowych i stymulatorach , ale nadal w mniejszym stopniu niż kanały typu L.

Kanały te w różny sposób reagują na zmiany napięcia w błonie: kanały typu L są aktywowane przez bardziej dodatnie potencjały błony, otwierają się dłużej i pozostają otwarte dłużej niż kanały typu T. Oznacza to, że kanały typu T w większym stopniu przyczyniają się do depolaryzacji (faza 0), podczas gdy kanały typu L przyczyniają się do plateau (faza 2).

Autorytmiczność

Rysunek 4: System przewodzenia elektrycznego serca

Aktywność elektryczna pochodząca z węzła zatokowo-przedsionkowego jest propagowana przez sieć His-Purkinjego, najszybszą ścieżkę przewodzenia w sercu. Sygnał elektryczny przemieszcza się z węzła zatokowo- przedsionkowego (SAN) , który stymuluje skurcz przedsionków , do węzła przedsionkowo-komorowego (AVN), który spowalnia przewodzenie potencjału czynnościowego od przedsionków do komór . To opóźnienie umożliwia pełne wypełnienie komór krwią przed skurczem. Sygnał przechodzi następnie przez wiązkę włókien zwaną wiązką His , znajdującą się między komorami, a następnie do włókien Purkinjego na dole (wierzchołku) serca, powodując skurcz komór. Jest to znane jako system przewodzenia elektrycznego serca , patrz rysunek 4.

Poza SAN, włókna AVN i Purkinjego mają również aktywność rozrusznika i dlatego mogą spontanicznie generować potencjał czynnościowy. Jednak komórki te zwykle nie depolaryzują się spontanicznie, po prostu dlatego, że wytwarzanie potencjału czynnościowego w SAN jest szybsze. Oznacza to, że zanim włókna AVN lub Purkinjego osiągną potencjał progowy dla potencjału czynnościowego, są depolaryzowane przez nadchodzący impuls z SAN. Nazywa się to „tłumieniem przesterowania”. Aktywność stymulatora tych komórek jest istotna, ponieważ oznacza to, że gdyby SAN zawiódł, serce mogłoby nadal bić, aczkolwiek w wolniejszym tempie (AVN= 40-60 uderzeń na minutę, włókna Purkinjego = 20-40 uderzeń na minutę). minuta). Te rozruszniki serca utrzymają pacjenta przy życiu do czasu przybycia zespołu ratunkowego.

Przykładem przedwczesnego skurczu komór jest klasyczny atletyczny zespół serca . Długotrwały trening sportowców powoduje adaptację serca, w której spoczynkowy wskaźnik SAN jest niższy (czasami około 40 uderzeń na minutę). Może to prowadzić do bloku przedsionkowo-komorowego , w którym sygnał z SAN jest osłabiony na jego drodze do komór. Prowadzi to do nieskoordynowanych skurczów między przedsionkami a komorami, bez odpowiedniego opóźnienia między nimi, a w ciężkich przypadkach może skutkować nagłą śmiercią.

Regulacja przez autonomiczny układ nerwowy

Szybkość wytwarzania potencjału czynnościowego w komórkach rozrusznika jest zaburzona, ale nie jest kontrolowana przez autonomiczny układ nerwowy .

Współczulny układ nerwowy (nerwy dominujące podczas organizmu reakcji walki lub lotu ) tempo wzrostu serca (pozytywny chronotropy ), zmniejszając czas wytworzenia potencjału czynnościowego w sieci SAN. Nerwy z rdzenia kręgowego uwalniają cząsteczkę zwaną noradrenaliną , która wiąże się i aktywuje receptory na błonie komórkowej rozrusznika zwane receptorami β1 adrenergicznymi . To aktywuje białko, zwane białkiem G _s (s dla stymulacji). Aktywacja tego białka G prowadzi do zwiększenia poziomu cAMP w komórce (poprzez szlak cAMP ). cAMP wiąże się z kanałami HCN (patrz wyżej), zwiększając zabawny prąd, a tym samym zwiększając szybkość depolaryzacji, podczas potencjału stymulatora. Zwiększony cAMP zwiększa również czas otwarcia kanałów wapniowych typu L, zwiększając prąd Ca ²⁺ przez kanał, przyspieszając fazę 0.

Przywspółczulny układ nerwowy ( nerwy dominujących podczas gdy korpus jest w stanie spoczynku i trawienie) zmniejszenie częstości akcji serca (ujemne chronotropy ), poprzez zwiększenie czasu potrzebnego do wytworzenia potencjału czynnościowego w SAN. Nerw zwany nerwem błędnym , który zaczyna się w mózgu i przemieszcza się do węzła zatokowo-przedsionkowego, uwalnia cząsteczkę zwaną acetylocholiną (ACh), która wiąże się z receptorem zlokalizowanym na zewnątrz komórki rozrusznika, zwanym receptorem muskarynowym M2 . Ten aktywuje G _i a-Białko (I dla hamującego), który składa się z 3 podjednostek (α, p i y), który po aktywacji, niezależnie od receptora. Podjednostki β i γ aktywują specjalny zestaw kanałów potasowych, zwiększając wypływ potasu z komórki i zmniejszając potencjał błonowy, co oznacza, że ​​komórki stymulatora potrzebują więcej czasu na osiągnięcie wartości progowej. G _i a-Białko również hamuje szlak cAMP, co z kolei zmniejsza działanie współczulnego spowodowanych rdzeniowych.

Zobacz też

• System przewodzenia elektrycznego serca
• Sprzężenie wzbudzenie-skurcz
• Sprzężenie pobudzenie-skurcz serca
• Potencjał czynnościowy
• Środki antyarytmiczne
• Arytmia serca
• Rozrusznik serca
• Spoczynkowy potencjał błonowy
• Potencjał czynnościowy komór

Bibliografia

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Interaktywna animacja ilustrująca generowanie potencjału czynnościowego serca
• Interaktywne modele matematyczne potencjału czynnościowego serca i innych ogólnych potencjałów czynnościowych