Патологічна фізіологія / Оториноларингологія / Організація системи охорони здоров'я / Онкологія / Неврологія і нейрохірургія / Спадкові, генні хвороби / Шкірні та венеричні хвороби / Історія медицини / Інфекційні захворювання / Імунологія та алергологія / Гематологія / Валеологія / Інтенсивна терапія, анестезіологія та реанімація, перша допомога / Гігієна і санепідконтроль / Кардіологія / Ветеринарія / Вірусологія / Внутрішні хвороби / Акушерство і гінекологія
ГоловнаМедицинаКардіологія
« Попередня Наступна »
Під редакцією У . Дж. Мандела. Аритмії серця, 1996 - перейти до змісту підручника

Потенціал спокою і потенціал дії в нормальних передсердних і шлуночкових клітинах і в волокнах Пуркіньє

Нормальне регулярне скорочення серця супроводжується циклічними змінами мембранного потенціалу міокардіальних клітин. Застосування внутрішньоклітинних мікроелектродів дозволяє прямо визначити зміни мембранного потенціалу; як було показано, при поширенні збудження по серцю вони варіюють по амплітуді і розвитку в часі [3]. Мікроелектродна техніка включає введення тонкого скляного капіляра в клітку, що дозволяє протягом тривалого часу безпосередньо реєструвати мембранний потенціал, тобто різниця потенціалів між внутрішньоклітинної середовищем і позаклітинної рідиною. За допомогою мікроманіпулятора мікроелектрод просувається до тих пір, поки його кінчик (зазвичай менше 1 мкм в діаметрі) не пройде через клітинну мембрану. У той момент, коли кінчик мікроелектрода проходить з зовнішньої поверхні клітини всередину, раптово реєструється негативна різниця потенціалів з урахуванням відносини до нейтрального електроду, вміщеної в позаклітинне рідина (рис. 3.1). Мікроелектродние дослідження зазвичай проводяться на ізольованих пучках міокардіальних волокон, поміщених в камеру і перфузіруемих теплим оксигенированной розчином. Потенціали дії в таких препаратах можуть бути викликані за допомогою пропускання коротких імпульсів струму через електроди, що знаходяться на поверхні волокна (див. рис. 3.1). Проте у відсутність викликаних потенціалів дії внутрішня частина більшості міокардіальних клітин (за винятком клітин синусового і атріовентрикулярного вузлів, які будуть окремо обговорюватися нижче) залишається негативно зарядженої (80 - 90 мВ) по відношенню до позаклітинного простору [3]. Цей трансмембранний потенціал, спостережуваний при відсутності електричного збудження, називається потенціалом спокою.



Рис. 3.1. Потенціал спокою і потенціал дії в серцевих клітинах. Вгорі - схематичне зображення клітини (гурток) і двох мікроелектродів. Частковий А - обидва мікроелектрода знаходяться у позаклітинному просторі і різниці потенціалів між ними немає; Б - кінчик одного мікроелектрода введений в клітку, що дозволяє реєструвати різниця потенціалів між внутрішнім простором клітини і позаклітинної середовищем; в даному випадку це потенціал спокою, рівний -90 мВ; В - фаза швидкої деполяризації потенціалу дії, що виникає при порушенні клітини ', на піку потенціалу дії клітина стає на + 30 мВ більш позитивною по відношенню до зовнішнього середовища; Г - кінцева фаза реполяризації, під час якої мембранний потенціал повертається до рівня спокою (фрагмент Д ) [20].





Як і в багатьох інших збудливих клітинах [4], потенціал спокою серцевих клітин визначається головним чином градієнтом концентрації іонів калію щодо клітинної мембрани, тоді як швидка зміна потенціалу під час початку збудження залежить від градієнта концентрації іонів натрію [5, 6]. Градієнти концентрації мають протилежну спрямованість. Внутрішньоклітинна концентрація іонів калію, [К +] в приблизно в 30 разів вище позаклітинної, [К +] о. Наприклад, у волокнах Пуркіньє [К +] i та [К +] про зазвичай складають 140-150 мМ і 4-5 мМ відповідно [7]. Внутрішньоклітинна концентрація іонів натрію, [Na +] i, навпаки, значно нижче позаклітинної, [Na +] о; в волокнах Пуркіньє [Na +] i та [Na +] про дорівнюють 10 мМ і 150 мМ відповідно [8]. Під час існування кожного потенціалу дії невелика кількість іонів натрію входить в клітку, а деяка кількість іонів калію виходить з неї. Як ми побачимо далі, нормальна електрична активність клітин залежить від існування таких високих градієнтів для Na + і К +, а тривала підтримка таких градієнтів - від механізму активного іонного транспорту, званого натрієвих насосом. Цей механізм добре вивчений; відомо, що насос є Мg2 +-АТФази (аденозінтріфосфатаза), що знаходиться у клітинній мембрані, і що він використовує енергію АТФ (аденозинтрифосфату) для переміщення іонів натрію за межі клітини, а іонів калію - всередину клітини. Такий рух іонів, безумовно, пов'язане з додатковою витратою енергії, оскільки воно природно утруднено як для калію, так і для натрію (тобто проти відповідних градієнтів їх електрохімічного потенціалу). Однак потоки іонів, що переміщаються (під дією насоса) у двох напрямках, по мабуть, не рівновеликі: на кожен переміщений всередину клітини іон калію припадає більше одного іона натрію, виведеного за її межі [9]. Таким чином, натрієвий насос забезпечує чіткий рух позитивного заряду назовні або, інакше кажучи, певну спрямованість генерованого струму через клітинну мембрану. Який виникає струм зазвичай дуже малий, але за певних умов він може внести істотний внесок у зміну мембранного потенціалу, що описано нижче.



Потенціал спокою





Рис. 3.2. Розподіл іонів, що сприяє потенціалу спокою.

Показані типові концентрації іонів всередині і поза клітини. У спокої клітинна мембрана добре проникна для іонів К +, але слабо проникна для іонів Na + і непроникна для великих аніонів (А-). Проникність для Сl-також відносно низька, і розподіл іонів Сl-швидше за все визначається середньою величиною мембранного потенціалу.





Як уже згадувалося, величина потенціалу спокою визначається головним чином градієнтом концентрації іонів калію. Це пов'язано з тим, що в спокої клітинна мембрана щодо проникна для іонів калію, але порівняно непроникна для інших іонів, таких як натрій, кальцій або хлор. Зважаючи існування градієнта концентрації іони калію прагнуть дифундувати з клітини через мембрану. Електронейтральність не може підтримуватися за рахунок руху клітинних аніонів назовні, так як ці аніони в основному є великими полівалентними іонами (часто пов'язаними з клітинними білками), для яких клітинна мембрана непроникна [10]. Тому спрямоване назовні рух позитивно заряджених іонів калію призводить до виникнення негативного заряду усередині клітини (рис. 3.2). Якби клітинна мембрана була проникною тільки для іонів калію, то останні продовжували б дифундувати з клітини до тих пір, поки всередині неї не накопичився б достатній негативний заряд і електростатичне тяжіння стало б перешкоджати подальшому чіткому руху калію назовні. У цьому випадку спрямована всередину сила електричного поля буде точно рівний протилежноспрямованої (назовні) силі, пов'язаної з градієнтом концентрації, і іони калію перестануть чітко переміщатися назовні: алгебраїчна сума цих двох сил, звана градієнтом електрохімічного потенціалу, буде рівний нулю. Внутрішньоклітинний потенціал, при якому сумарний пасивний потік іонів калію дорівнює нулю, називається потенціалом рівноваги іонів калію (ЕK); його величина визначається з рівняння Нернста [3-5]:







де R - газова постійна, Т - абсолютна температура, F - константа Фарадея, [К +] о і [К +] i - позаклітинна і внутрішньоклітинна концентрації відповідно (точніше. кажучи, замість відносини концентрацій використовується відношення іонної активності, але ці два відносини практично однакові, якщо коефіцієнти внутрішньої і зовнішньої активності іонів калію близькі за значенням). Наприклад, величина ЕK для волокна Пуркіньє при 36 ° С, коли [K +] про дорівнює 4 мМ, а [К +] i - 150 мМ, становить



ЕK=RT / F - ln (4 / 150)=-96,6 мВ.



З рівняння Нернста видно, що ЕK зміниться на 61,4 мВ при 10-кратному зміну чи [К +] о, або [К +] i,. Якби клітинна мембрана була проникною виключно для К +, клітина вела б себе точно так само, як калієвий електрод, і її внутрішньоклітинний потенціал змінювався б із зміною [К +] i та [К +] о в точній відповідності з рівнянням Нернста. Дійсно, мембранний потенціал волокон Пуркіньє в спокої, а також міокардіальних волокон передсердь і шлуночків логічно добре апроксимується рівнянням Нернста, коли [К +] про вище 10 мМ. Однак при більш низьких величинах [К +] про потенціал спокою цих клітин менш негативний, ніж калієвий потенціал рівноваги, і дана розбіжність збільшується в міру зменшення [К +] о [5, 11]. Наприклад, потенціал спокою волокон Пуркіньє в розчині, що містить 4 мМ К +, на кілька мілівольт менш негативний, ніж Ек, оцінений вище. Це пояснюється тим, що клітинна мембрана не є проникною виключно для K +, як передбачалося вище; через неї проникають також (хоча і значно гірше) іони Na ??+. Оскільки і електричний градієнт, і градієнт концентрації сприяють руху Na4 'всередину, через клітинну мембрану протікає невеликий вхідний Деполяризуючий потік іонів. Деполяризація, викликається цим потоком Na +, нехтує мала при високій [К +] о і, отже, високою провідності мембрани для калію, але вона стає значною при низькій [К +] о, так як в цих умовах протікають через мембрану потоки К + також істотно зменшуються.

Деполярізуется вплив Na + найзручніше позначати термінами рівняння «постійного поля» Гольдмана [12] або Ходжкіна і Катцу [13] для потенціалу спокою (Vr) клітини, проникною як для К +, так і для Na +







де PNA / PK - відношення коефіцієнтів проникності клітинної мембрани для натрію і для калію. Дане рівняння, як було показано, дозволяє досить точно розрахувати потенціали спокою у волокнах скелетних м'язів і у волокнах Пуркіньє (міокард) у більш широкому діапазоні величин [К +] о, ніж при розрахунках за формулою Нернста, якщо PNA / PK постійно і складає приблизно 1/100. Так як [К +] i в нормі значно більше, ніж [Na +] i, в даному відношенні коефіцієнтів проникності другий член в знаменнику досить малий і ним можна знехтувати, що позвояетпоставити переписати рівняння таким чином:







або, якщо взяти [Na +] про рівним 150 мМ, то







З цього рівняння відразу видно, що потенціал спокою (Vr) близький до калієвому потенціалу рівноваги (ЕK) тільки при [К +] про значно більшому, ніж 1,5 мМ; при низьких значеннях [К +] про другий член в чисельнику починає грати важливу роль. Наприклад, при [К +] 0, рівному 1,5 мМ, Vr буде менш негативним, ніж ЕK, на 61,4 - log (3/1, 5)=61,4 - log 2, або приблизно на 18 мВ. Зауважте, що досі обговорення велося тільки в термінах відносної проникності мембрани для іонів натрію і калію без розгляду абсолютних величин коефіцієнтів проникності. Як випливає з рівняння Гольдмана, а також Ходжкіна і Катцу, потенціал спокою чутливий до ставлення проникності іонів, а не до самих величинам проникності. Наприклад, навіть якщо проникність для іонів Na + була б дуже значною, потенціал спокою визначався б головним чином градієнтом концентрації іонів К + до тих пір, поки проникність мембрани для К + залишалася б набагато вище, ніж для Na +. Канали мембрани, через які рухаються іони К +, створюючи калієві потоки, що визначають мембранний потенціал спокою, відомі як спрямовані досередини К-канали. Обсяг калієвих потоків, що проходять по цих каналах, знаходиться в чіткій залежності від величини і напряму електрохімічної рушійної сили для K +, рівний (Vm-ЕK), тобто різниці мембранного потенціалу (Vm) і калієвого потенціалу рівноваги (ЕK). Ці канали називають «каналами, спрямованими всередину», так як вони дозволяють проходження спрямованих всередину великих потоків К + при високих і негативних значеннях Vm - ЕK, але забезпечують лише дуже невеликі потоки K +, спрямовані назовні, коли рушійна сила велика і позитивна [10, 11, 36].

Зміни рівня потенціалу спокою є основною причиною аритмії і порушень проведення, і ми вже могли бачити, як подібні зміни виникають при тих чи інших патологічних станах. Наприклад, захворювання серця може призвести до змін внутрішньоклітинної та (або) позаклітинної концентрації іонів К +, що в свою чергу викличе зміну мембранного потенціалу спокою. В інших випадках характеристики клітинної мембрани можуть змінюватися таким чином, що відносна проникність мембрани для Na + або інших іонів (таких як Са2 +, зросте, в результаті чого потенціал спокою також зміниться. Нижче ми докладніше обговоримо ці можливі варіанти.



Фази деполяризації потенціалу дії



Електричний імпульс, що поширюється по серцю і запускає кожен цикл скорочень, називається потенціалом дії; він являє собою хвилю короткочасної деполяризації, під час якої внутрішньоклітинний потенціал по черзі в кожній клітині стає на короткий час позитивним, а потім повертається до свого вихідного негативного рівня. Зміни нормального серцевого потенціалу дії мають характерне розвиток у часі, яке для зручності підрозділене на наступні фази [3]: фаза 0 - початкова швидка деполяризація мембрани; фаза 1 - швидка, але неповна реполяризация ; фаза 2 - «плато», або тривала деполяризація, характерна для потенціалу дії серцевих клітин; фаза 3 - кінцева швидка реполяризация; фаза 4 - період діастоли.

При потенціалі дії внутрішньоклітинний потенціал стає позитивним, так як збуджена мембрана тимчасово набуває більшої проникність для Na + (порівняно з К +), тому мембранний потенціал на якийсь час наближається за величиною до потенціалу рівноваги іонів натрію (ENa) - ЕNа можна визначити, використовуючи відношення Нернста; при позаклітинної і внутрішньоклітинної концентрації Na + 150 і 10 мМ відповідно він складе:







Однак підвищена проникність для Na + зберігається лише нетривалий час, так що мембранний потенціал не досягає ENa і після закінчення потенціалу дії повертається до рівня спокою.

  Зазначені вище зміни проникності, що викликають розвиток фази деполяризації потенціалу дії, виникають внаслідок відкриття і закриття особливих мембранних каналів, або пір, через які легко проходять іони натрію. Як вважають, робота «воріт» регулює відкриття і закриття окремих каналів, які можуть існувати щонайменше в трьох конформаціях - «відкритою», «закритої» та «інактивованої». Одні ворота, відповідні активационной змінної «m» в описі Ходжкіна - Хакслі [13] іонних потоків натрію в мембрані гігантського аксона кальмара, швидко переміщаються, відкриваючи канал, коли мембрана раптово деполяризуется під дією стимулу.
 Інші ворота, відповідні інактіваціонной змінної «h» в описі Ходжкіна - Хакслі, при деполяризації рухаються повільніше, і їх функція полягає у закритті каналу (рис. 3.3). Як усталене розподіл воріт у межах системи каналів, так і швидкість їх переходу з одного положення в інше залежать від рівня мембранного потенціалу. Тому для опису мембранної провідності Na + використовуються терміни «залежний від часу» і «потенціалозавісімий».

  Якщо мембрану в спокої раптово деполярізовать до рівня позитивного потенціалу (наприклад, в експерименті з фіксації потенціалу), то активаційні ворота швидко змінять своє положення, щоб відкрити натрієві канали, а потім інактіваціонние ворота повільно їх закриють (рис. 3.3). Слово «повільно» означає тут, що на інактивацію йде кілька мілісекунд, тоді як активація відбувається в частки мілісекунди. Ворота залишаються в зазначених положеннях до тих пір, поки мембранний потенціал знову не зміниться, і для того щоб всі ворота повернулися до вихідного стану спокою, мембрана повинна бути повністю реполярізована до рівня високого негативного потенціалу. Якщо мембрана реполяризуется лише до невисокого рівня негативного потенціалу, то деякі інактіваціонние ворота залишаться закритими і максимальне число доступних натрієвих каналів, здатних відкритися при подальшій деполяризації, скоротиться [14]. (Електрична активність серцевих клітин, в яких натрієві канали повністю інактивовані, обговорюватиметься нижче.) Повна реполяризация мембрани в кінці нормального потенціалу дії забезпечує повернення всіх воріт до вихідного стану і, отже, їх готовність до наступного потенціалу дії.







  Рис. 3.3. Схематичне зображення мембранних каналів для вхідних потоків іонів при потенціалі спокою, а також при активації і інактивації.

  Зліва показана послідовність станів каналу при нормальному потенціалі спокою -90 мВ. У спокої інактіваціонние ворота як Na +-каналу (h), так і повільного Ca2 + / Na +-каналу (f) відкриті. Під час активації при порушенні клітини т-ворота Na +-каналу відкриваються і вхідний потік іонів Na + деполяризує клітку, що призводить до наростання потенціалу дії (графік внизу). Потім h-ворота закриваються, інактівіруя таким чином провідність Na +. При наростанні потенціалу дії мембранний потенціал перевищує більше позитивний поріг потенціалу повільних каналів; їх активаційні ворота (d) при цьому відкриваються і іони Ca2 + і Na + надходять у клітку, викликаючи розвиток фази плато потенціалу дії. Ворота f, инактивирующие Ca2 + / Na +-канали, закриваються набагато повільніше, ніж ворота h, які інактивують Na-канали. На центральному фрагменті показано поведінку каналу при зниженні потенціалу спокою до менш ніж -60 мВ. Більшість інактіваціонних воріт Na-каналу залишається закритим доти, поки мембрана деполяризована; виникає при стимуляції клітини вхідний потік Na + занадто малий, щоб викликати розвиток потенціалу дії. Однак інактіваціонние ворота (f) повільних каналів при цьому не закриваються і, як показано на фрагменті праворуч, при достатньому порушенні клітини, що дозволяє відкрити повільні канали і пропустити повільно вхідні потоки іонів, можливо відповідь повільний розвиток потенціалу дії.









  Рис. 3.4. Пороговий потенціал при порушенні серцевої клітини.

  Зліва - потенціал дії, що виникає на рівні потенціалу спокою, котрий становить -90 мВ; це відбувається при порушенні клітини вступникам імпульсом або яким-небудь підпороговим стимулом, швидко знижуючим мембранний потенціал до значень, що лежать нижче порогового рівня в - 65 мВ. Справа - ефекти двох подпорогових і порогового стимулів. Підпорогові стимули (а і б) не дають зниження мембранного потенціалу до порогового рівня; отже, потенціал дії не виникає. Пороговий стимул (в) знижує мембранний потенціал точно до порогового рівня, на якому потім виникає потенціал дії [3].





  Швидка деполяризация на початку потенціалу дії викликається потужним входять потоком іонів натрію, що надходять всередину клітини (відповідно градієнту їх електрохімічного потенціалу) через відкриті натрієві канали [6, 15]. Проте перш за все натрієві канали повинні бути ефективно відкриті, для чого потрібна швидка деполяризація досить великій площі мембрани до необхідного рівня, званого пороговим потенціалом (рис. 3.4). В експерименті цього можна досягти, пропускаючи через мембрану струм із зовнішнього джерела і використовуючи позаклітинний або внутрішньоклітинний стимулюючий електрод. У природних умовах тієї ж мети служать локальні струми, що протікають через мембрану безпосередньо перед розповсюджується потенціалом дії. При пороговому потенціалі достатню кількість натрієвих каналів виявляється відкритим, що забезпечує необхідну амплітуду вхідного натрієвого струму і, отже, подальшу деполяризацію мембрани; в свою чергу деполяризация викликає відкриття більшої кількості каналів, приводячи до збільшення вхідного потоку іонів, так що процес деполяризації стає регенеративним. Швидкість регенеративної деполяризації (або наростання потенціалу дії) залежить від сили вхідного натрієвого струму, яка в свою чергу визначається такими факторами, як величина градієнта електрохімічного потенціалу Na + і кількість доступних (або неінактівірованних) натрієвих каналів. У волокнах Пуркіньє максимальна швидкість деполяризації при розвитку потенціалу дії, що позначається як dV / dtmax або Vmax, досягає приблизно 500 В / с, і якби така швидкість підтримувалася протягом всієї фази деполяризації від -90 мВ до +30 мВ, то зміна потенціалу на 120 мВ зайняло б близько 0,25 мс. Максимальна швидкість деполяризації волокон робочого міокарда шлуночків становить приблизно 200 В / с, а м'язових волокон передсердь-від 100 до 200 В / с [3]. (Фаза деполяризації потенціалу дії в клітинах синусового і атріовентрикулярного вузлів істотно відрізняється від щойно описаної і обговорюватиметься окремо; див. нижче.)

  Потенціали дії з такою високою швидкістю наростання (їх часто називають «швидкими відповідями») швидко поширюються по серцю. Швидкість поширення потенціалу дії (як і Vmax) в клітинах з однаковою пропускною здатністю мембрани і характеристиками осьового опору визначається головним чином амплітудою спрямованого всередину струму, що протікає під час фази наростання потенціалу дії. Це пов'язано з тим, що локальні струми, що проходять через клітини безпосередньо перед потенціалом дії, мають велику величину при більш швидкому наростанні потенціалу, тому мембранний потенціал в цих клітинах раніше досягає порогового рівня, ніж у випадку струмів меншої величини (див. рис. 3.4) . Звичайно, ці локальні струми протікають через клітинну мембрану і відразу після проходження поширюється потенціалу дії, але вони вже нездатні порушити мембрану через її рефрактерності.









  Рис. 3.5. Нормальний потенціал дії і реакції, викликані стимулами на різних стадіях реполяризації.

  Амплітуда і зростання швидкості відповідей, викликаних під час реполяризації, залежать від рівня мембранного потенціалу, на якому вони виникають. Найбільш ранні відповіді (а і б) виникають на настільки низькому рівні, що виявляються занадто слабкими і нездатними до поширення (градуальних або місцеві відповіді). Відповідь «в» являє собою найбільш ранній з розповсюджуються потенціалів дії, але його поширення відбувається повільно через незначного зростання швидкості, а також низької амплітуди. Відповідь «г» з'являється точно перед повною реполяризацією, швидкість його посилення і амплітуда вище, ніж при відповіді «в», так як він виникає при більш високому мембранном потенціалі; однак швидкість його поширення стає нижче нормальної. Відповідь «д» зазначається після повної реполяризації, тому його амплітуда і швидкість деполяризації мають нормальні значення; отже, він швидко поширюється. ПП - потенціал спокою.





  Тривалий рефрактерний період після порушення серцевих клітин обумовлений великою тривалістю потенціалу дії і вольтажной залежністю механізму воріт натрієвих каналів. За фазою наростання потенціалу дії слід період тривалістю від сотні до декількох сотень мілісекунд, протягом якого регенеративний відповідь на повторний стимул відсутній (рис. 3.5). Це так званий абсолютний, або ефективний, рефрактерний період; зазвичай він охоплює плато (фаза 2) потенціалу дії. Як описано вище, натрієві канали інактивуються і залишаються закритими під час такої підтримуючої деполяризації. У ході реполяризації потенціалу дії (фаза 3) інактивація поступово усувається, так що частка каналів, здатних знову активуватися, постійно зростає. Отже, за допомогою стимулу на початку реполяризації можна викликати лише невеликий вхідний потік іонів натрію, проте у міру продовження реполяризації потенціалу дії такі потоки будуть збільшуватися. Якщо деякі з натрієвих каналів залишаються невозбудімості, то викликаний вхідний потік Na + може призвести до регенеративної деполяризації і, отже, до виникнення потенціалу дії. Однак швидкість деполяризації, а значить, і швидкість поширення потенціалів дії значно знижені (див. рис. 3.5) і нормалізуються тільки після повної реполяризації [17, 18]. Час, протягом якого повторний стимул здатний викликати такі «градуальних» потенціали дії, називається відносним рефрактерним періодом. Вольтажная залежність усунення інактивації вивчалася Weidmann, що встановив, що швидкість підвищення потенціалу дії і можливий рівень, при якому цей потенціал викликається, знаходяться в S-подібної залежності, відомої також як крива реактивності мембрани.

  Низька швидкість наростання потенціалів дії, викликаних протягом відносного рефрактерного періоду, обумовлює їх повільне поширення; такі потенціали дії можуть послужити причиною деяких порушень проведення, наприклад затримки, загасання і блокування, і навіть здатні викликати циркуляцію збудження. Дані явища обговорюються нижче в цьому розділі.

  У нормальних серцевих клітинах за вхідним натрієвих струмом, відповідальним за швидке наростання потенціалу дії, слід другий вхідний струм, меншої величини і повільніший, ніж натрієвий струм, який, мабуть, переноситься в основному іонами кальцію [19, 20]. Цей струм зазвичай відносять до «повільному входить току» (хоча він є таким тільки в порівнянні з швидким натрієвих струмом; інші важливі зміни, наприклад спостережувані під час реполяризації, ймовірно, сповільнюються); він протікає через канали, які відповідно до характеристиками їх провідності , яка від часу і вольтажу, були названі «повільними каналами» (див. рис. 3.3) [21]. Поріг активації цієї провідності (тобто коли починають відкриватися активаційні ворота - d) лежить між -30 і -40 мВ (порівняйте: від -60 до -70 мВ для натрієвої провідності) [20]. Регенеративна деполяризация, обумовлена ??швидким натрієвих струмом, зазвичай активує провідність повільного вхідного струму, тому в пізніший період наростання потенціалу дії струм тече по каналах обох типів. Однак струм Са2 + набагато менше максимального швидкого струму Na +, тому його внесок у потенціал дії вельми невеликий доти, поки швидкий струм Na + не стане досить інактивованим (тобто після початкового швидкого наростання потенціалу). Оскільки повільний вхідний струм може инактивироваться лише дуже повільно, він вносить свій внесок в основному в фазу плато потенціалу дії. Так, рівень плато зміщується в бік деполяризації, коли градієнт електрохімічного потенціалу для Са2 + збільшується при підвищенні концентрації [Са2 +] 0; зниження [Са2 +] 0 викликає зсув рівня плато в протилежну сторону [22, 23]. Проте в деяких випадках може відзначатися внесок кальцієвого струму в фазу наростання потенціалу дії. Наприклад, на кривій наростання потенціалу дії в міокардіальних волокнах шлуночка жаби іноді спостерігається вигин близько 0 мВ, в точці, де первісна швидка деполяризація поступається місцем більш повільної деполяризації, яка триває до піку овершута потенціалу дії. Як було показано, швидкість більш повільної деполяризації і величина овершута зростають з підвищенням [Са2 +] 0 [23, 24].

  Крім різної залежно від мембранного потенціалу і часу, ці два типи провідності розрізняються і за своїми фармакологічними характеристиками. Так, струм через швидкі канали для Na + знижується під дією тетродотоксина (ТТХ) [25], тоді як повільний ток Са2 + не піддається впливу ТТХ [20], але посилюється під дією катехоламінів [26] і пригнічується іонами марганцю [27], а також деякими препаратами, такими як верапаміл і D-600 [28]. Представляється досить імовірним (принаймні в серці жаби), що більша частина кальцію, необхідного для активації білків, що сприяють кожному скорочення серця, потрапляє в клітину під час потенціалу дії через повільний канал для вхідного струму. У ссавців доступним додатковим джерелом Са2 + для серцевих клітин служать його запаси в саркоплазматическом ретикулуме.



  Фази реполяризації потенціалу дії



  Потенціали дії, зареєстровані у волокнах Пуркіньє і в деяких волокнах міокарда шлуночків, мають коротку, швидку фазу реполяризації (фаза 1), наступна безпосередньо за фазою наростання (див. рис. 3.1). Під час цієї фази мембранний потенціал тимчасово повертається майже до нульового рівня, від якого починається фаза плато потенціалу дії, тому між цими двома фазами на кривій іноді спостерігається чіткий вигин. Як було показано (у волокнах Пуркіньє), швидка реполяризация обумовлена ??транзиторним сплеском виходить струму [30]. Під час наростання потенціалу дії цей виходить струм активується при деполяризації до рівня позитивного потенціалу, після чого він інактивується як внаслідок залежного від часу процесу, так і в результаті реполяризації. Хоча раніше вважалося, що цей виходить струм переноситься переважно іонами хлору, в даний час більш імовірним видається його перенесення головним чином іонами калію і лише частково - іонами хлору [29].


  Під час фази плато потенціалу дії, яка може тривати сотні мілісекунд, швидкість реполяризації мембрани значно нижче, так як сумарна величина виходить мембранного струму невелика; входять струми, що зберігаються в результаті неповної інактивації натрієвих та кальцієвих каналів, приблизно збалансовані спрямованими назовні мембранними струмами [30, 31]. Принаймні один з них, найімовірніше, є калієвим струмом, що проходить через ворота каналів, провідність яких залежить від часу і потенціалу. Активація їх провідності (тільки повільна) відзначається на рівні плато мембранного потенціалу. Невеликий внесок у виходить (реполяризуется) мембранний струм при цьому рівні потенціалу вносить і спрямоване всередину рух іонів хлору, а також активність Na-К-насоса, генеруючого сумарний виходить струм Na + [39]. У міру того як сумарний трансмембранний струм на рівні потенціалу плато (тобто алгебраїчна сума всіх компонентів входить і виходить струмів) стає більш виходять, мембранний потенціал все швидше зміщується в негативному напрямку і починається кінцева швидка фаза реполяризації потенціалу дії. Ця кінцева реполяризация, як і початкова фаза швидкої деполяризації, є регенеративної, але на відміну від фази наростання вона, ймовірно, включає зміни провідності, що залежать головним чином від потенціалу, а не від часу, і, отже, відображає час, що витрачається виходять іонним струмом на забезпечення необхідної провідності мембрани [34].



  Спонтанна діастолічна деполяризація і автоматизм



  Мембранний потенціал нормальних клітин робочого міокарда передсердь і шлуночків залишається постійним на рівні потенціалу спокою протягом всієї діастоли (див. рис. 3.1): якщо ці клітини не порушуються розповсюджується імпульсом, то потенціал спокою в них підтримується як завгодно довго. У серцевих волокнах іншого типу, наприклад в спеціалізованих волокнах передсердь або у волокнах Пуркіньє провідної системи шлуночків, мембранний потенціал під час діастоли непостійний і поступово змінюється у бік деполяризації. Якщо таке волокно на буде порушено розповсюджується імпульсом раніше, ніж мембранний потенціал досягне порогового рівня, то в ньому може виникнути спонтанний потенціал дії (рис. 3.6). Зміна мембранного потенціалу під час діастоли називається спонтанної діастолічної деполяризації, або фазою 4 деполяризації. Обумовлюючи виникнення потенціалів дії, цей механізм служить основою автоматизму. Автоматизм є нормальним властивістю клітин синусового вузла, м'язових волокон мітрального і трикуспідального клапанів, деяких ділянок передсердь, дистальної частини АВ-вузла, а також тканин системи Гіса - Пуркіньє. У здоровому серці частота виникнення імпульсів внаслідок автоматизму клітин синусового вузла досить висока, що дозволяє розповсюджується імпульсам порушувати інші потенційно автоматичні клітини, перш ніж вони спонтанно деполярізуется до порогового рівня. При цьому потенційна автоматична активність інших клітин звичайно пригнічується, хоча при цілому ряді фізіологічних і патологічних станів вона може проявлятися (обговорюється нижче).







  Рис. 3.6. Спонтанна діастолічна деполяризація і автоматизм волокон Пуркіньє у собаки.

  А - спонтанне збудження волокна Пуркіньє при максимальному диастолическом потенціалі -85 мВ. Діастолічна деполяризация є наслідком зменшення в часі струму ins, або пейсмекерного струму (див. у тексті). Б - автоматична активність, яка виникає при зниженні мембранного потенціалу; реєстрація у волокні Пуркіньє, перфузіруемих безнатріевим розчином, але аналогічна активність спостерігається і в нормальному, що містить іони ^ Vв + розчині Тіроде. Частковий Б1: при деполяризації волокна (стрілка) від рівня потенціалу спокою -60 до -45 мВ шляхом пропускання тривалого імпульсу струму через мікроелектрод виникають три спонтанних потенціалу дії. Частковий Б2: при більшій амплітуді імпульсу мембранний потенціал знижується до -40 мВ, обумовлюючи підтримую ритмічну активність. Частковий Б3: усилившийся імпульс струму знижує мембранний потенціал до -30 мВ, внаслідок чого підтримуюча ритмічна активність виникає з більшою частотою. Така ритмічна активність, що виникає при менш негативних, ніж -60 мВ, потенціалах, залежить, ймовірно, від іншого пейсмекерного струму, ніж активність, показання на фрагменті А.





  Спонтанна діастолічна деполяризація є наслідком поступової зміни балансу між вхідними та вихідними мембранними струмами на користь сумарного вхідного (деполяризующего) струму. При дослідженні пейсмекерного струму методом фіксації потенціалу в волокнах Пуркіньє [34-37] і клітинах вузла [38] була показана залежність характеристик ворітної системи як від потенціалу, так і від часу. На підставі даних первинних досліджень рівня потенціалу, при якому пейсмекерного ток реверсивно змінює свій напрямок, передбачалося, що виходить пейсмекерного ток, стерпний іонами K +, поступово відхиляється, дозволяючи тим самим спрямованому всередину фонового току деполярізовать клітинну мембрану [34-36]. Однак, відповідно до інтерпретації результатів пізніших експериментів, нормальним пейсмекерного струмом є входить струм, стерпний переважно іонами Na +, який з плином часу зростає, викликаючи таким чином поступову діастолічну деполяризацію [37, 38]. Коли деполяризація досягає рівня порогового потенціалу, виникає імпульс, після чого пейсмекерная провідність при деполяризації мембрани інактивується і зможе реактивувати лише після реполяризації потенціалу дії. Ясно, що частота спонтанних збуджень визначається часом, за який диастолическая деполяризация змінює мембранний потенціал до порогового рівня; отже, зміни порогового потенціалу або швидкості діастолічної деполяризації, що виникають, наприклад, у волокнах Пуркіньє під дією адреналіну, можуть вплинути на частоту автоматичної активності.



  Затримана постдеполярізаціі і триггерная підтримуюча ритмічна активність



  Поряд з автоматизмом існує й інший механізм, здатний забезпечити ритмічну генерацію імпульсів в нормальних серцевих клітинах. Механізм ініціації збудження залежить від затриманої постдеполярізаціі, тому ритмічно виникають з його допомогою спонтанні імпульси називають тригерними потенціалами дії [20, 39]. Як зазначалося вище, автоматична активність характеризується спонтанною генерацією кожного імпульсу. Отже, якщо автоматична клітина не збуджується що поширюється імпульсом, вона не залишається в спокої, а піддається спонтанної діастолічної деполяризації до тих пір, поки не виникне потенціал дії. Це узгоджується з використанням прикметника «автоматичний», зміст якого можна розшифрувати як «володіє здатністю до самостійного руху». І навпаки, якщо володіє триггерной активністю волокно не порушують розповсюджується імпульсом, то воно залишається мовчазним. Оскільки критичний імпульс - це імпульс, що виникає після (і в результаті) іншого імпульсу, триггерная активність не може мати місце до тих пір, поки волокно на буде порушено принаймні одним розповсюджується імпульсом. Тригерна активність є однією з форм ритмічної активності, при якій кожен імпульс виникає в результаті попереднього імпульсу, за винятком, зрозуміло, перша (спонукає) потенціалу дії, який повинен бути викликаний стимулом.







  Рис. 3.7. Постдеполярізаціі і триггерная активність в предсердном волокні коронарного синуса у собаки.

  Частковий А: однократна стимуляція волокна викликає розвиток одного потенціалу дії, за яким слід постгіперполярізація (жирна стрілка), а потім-затримана постдеполярізаціі (світла стрілка). Фрагмент Б: запис з іншої клітини; перший потенціал дії (ліворуч) викликається зовнішнім стимулом, але наступна за ним затримана постдеполярізаціі (чорна стрілка) досягає порогового потенціалу і викликає перший спонтанний потенціал дії, за яким ідуть інші спонтанні потенціали дії; спонтанні імпульси є тригерними імпульсами, тому вони представляють так звану триггерную активність.





  Тригерні імпульси обумовлені затриманої постдеполярізаціі, амплітуда якої досить велика для доведення мембранного потенціалу до порогового рівня. Затримана постдеполярізаціі - це транзиторна деполяризация, що спостерігається після закінчення потенціалу дії, але виникає завдяки саме цьому потенціалу. У нормі затримана постдеполярізаціі була зареєстрована в передсердних клітинах мітрального клапана [40], в клітинах коронарного синуса [41] верб передсердних волокнах гребенчатих м'язів [42]. Як показує рис. 3.7, затриманої постдеполярізаціі часто передує постгіперполярізація: наступний за потенціалом дії мембранний потенціал на короткий час стає більш негативним, ніж безпосередньо перед початком потенціалу дії. При згасанні цієї постгіперполярізаціі мембранний потенціал тимчасово стає більш позитивним, ніж безпосередньо перед початком потенціалу дії. Короткочасність змін такої постдеполярізаціі чітко відрізняє її від нормальної спонтанної діастолічної (пейсмекерной) деполяризації, при якій мембранний потенціал монотонно змінюється до тих пір, поки не виникне наступний потенціал дії.

  Затримана постдеполярізаціі зазвичай буває подпороговой, але в певних умовах вона може перевищити граничний потенціал; якщо це відбувається, внаслідок постдеполярізаціі виникає спонтанний потенціал дії. У згаданих вище передсердних волокнах катехоламіни збільшують амплітуду постдеполярізаціі, в результаті чого досягається рівень порогового потенціалу [40, 41]. Амплітуда подпороговой постдеполярізаціі вельми чутлива і до частоти виникнення по тенциала дії [39, 42]. Підвищення частоти стимуляції збільшує амплітуду постдеполярізаціі (рис. 3.8), і, навпаки, зменшення її частоти приводить до зниження амплітуди. Крім того, якщо передчасний потенціал дії при стимуляції виникає з постійною частотою, то наступна за ним постдеполярізаціі має велику амплітуду, ніж та, яка відзначається після регулярного потенціалу дії. Більш того, чим раніше під час основного циклу виникає передчасний потенціал дії, тим більше амплітуда передчасної постдеполярізаціі. При досить високій частоті постійної стимуляції або після досить раннього передчасного стимулу постдеполярізаціі може досягти порога і викликати нестимульований потенціали дії. Перший спонтанний імпульс відзначається після більш короткого інтервалу порівняно з тривалістю основного циклу, так як постдеполярізаціі, внаслідок якої він виник, починається незабаром після реполяризації попереднього потенціалу дії. Отже, спонтанний імпульс викликає ще одну постдеполярізаціі, яка також досягає порогового рівня, обумовлюючи появу другого спонтанного імпульсу (див. рис. 3.8). Цей останній імпульс викликає наступну постдеполярізаціі, яка ініціює третій спонтанний імпульс, і так протягом усього часу критичної активності. Тригерна активність може спонтанно припинитися, і, якщо це відбувається, за останнім нестимульований імпульсом звичайно треба одна або кілька подпорогових постдеполярізацій.









  Рис. 3.8. Індукція критичної активності в предсердном волокні мітрального клапана у мавпи.

  На кожному фрагменті показані лише нижня частина потенціалів дії. Горизонтальні лінії на фрагментах I і II проведені на рівні-30 мВ, а на фрагменті III - на рівні - 20 мВ. фрагмент IA і 1Б: триггерная активність, що виникла в результаті скорочення тривалості основного стимуляційного циклу. IA: тривалість циклу стимуляції становить 3400 мс; і за кожним потенціалом дії слід гранична затримана постдеполярізаціі. На початку фрагмента IБ тривалість циклу стимуляції скорочена до 1700 мс; помітно поступове підвищення амплітуди постдеполярізаціі, наступної за кожним з перших 4 викликаних стимуляцією потенціалів дії. За останніми викликаним потенціалом дії слід спонтанний потенціал дії, а потім підтримувати ритмічна активність, частота якої вище, ніж при стимуляції. IIА і IIБ: виникнення ритмічної активності внаслідок єдиного викликаного імпульсу. IIА: після періоду спокою за єдиним викликаним потенціалом дії (стрілка) слід гранична постдеполярізаціі. IIБ: в дещо інших умовах - після одиночного викликаного потенціалу дії (стрілка) відзначається підтримуюча ритмічна активність. IIIA і ІІІБ: виникнення критичної активності внаслідок передчасної стимуляції. IIIA: передчасний імпульс (стрілка) викликається під час фази реполяризації постдеполярізаціі, і амплітуда подальшої постдеполярізаціі зростає. IIIБ: за передчасним імпульсом (велика стрілка) слід постдеполярізаціі, яка досягає порогу (маленька стрілка) і призводить до появи ряду тригерних імпульсів [40].





  Іонна природа струмів, відповідальних за виникнення постдеполярізаціі, а також механізм, що змінює амплітуду постдеполярізацій при зміні тривалості циклу стимуляції, невідомі. Амплітуду постдеполярізаціі можна знизити за допомогою лікарських препаратів, здатних зменшувати входить струм, поточний через повільні Na +, Са2 +-канали. Ці препарати здатні також запобігати розвитку критичної активності [39-41]. Вважається, однак, що повільний вхідний струм не бере безпосередньої участі в ініціації постдеполярізацій; як вважають, іони кальцію, що входять в клітку через повільні канали (а можливо, й іншими шляхами), зумовлюють появу в деяких з них затриманого вхідного струму, що викликає постдеполярізаціі [ 43]. 
« Попередня Наступна »
= Перейти до змісту підручника =
 Інформація, релевантна "Потенціал спокою і потенціал дії в нормальних передсердних і шлуночкових клітинах і в волокнах Пуркіньє"
  1.  Брадиаритмією
      Марк Е. Джозефсон, Альфред Е. Бакстон, Франсіс Є. Мархлінскі (Mark Е. Josephson, Alfred E. Buxton, Francis Е. Marchlinski) Анатомічна будова провідної системи серця. У нормальних умовах функцію водія ритму серця виконує синусно-передсердний (синусний) вузол, що знаходиться у місці впадання верхньої порожнистої вени в праве передсердя. Довжина вузла становить 1,5 см; ширина 2-3 мм.
  2.  ТАХІАРИТМІЯМИ
      Марк Е. Джозефсон, Альфред Е. Бакстон, Франсіс Є. Мархлінскі (Mark Е. fosephson, Alfred E. Buxton, Francis E. Marchlinski) Механізм розвитку тахіаритмій Тахіаритмії можуть бути розділені на дві групи: що виникають внаслідок порушення поширення імпульсу і внаслідок порушення утворення імпульсу. Найчастіше зустрічаються тахіаритмії, викликані порушенням поширення імпульсу. При
  3. А
      список А, група отруйних високо токсичних лікарських засобів, що передбачається Державною фармакопеєю СРСР; доповнюється і змінюється наказами Міністерства охорони здоров'я СРСР. При поводженні з цими лікарськими засобами необхідно дотримуватися особливої ??обережності. Медикаменти списку зберігаються в аптеках під замком в окремих шафах з написом «А - venena» (отруйні). Перед закриттям
  4. С
      + + + Сабур (тур. sabur), висушений сік листя рослини алое (Aloe arborescens) сімейства лілійних; проносний засіб. Темно-бурі шматки або порошок. Добре розчинний у гарячій воді, спирті, розчинах лугів. Діючі початку - антрагликозиди (алоин). У малих дозах діє як гіркота, покращуючи апетит і посилюючи травлення, желчегонно. Місцево чинить слабку подразнюючу,
  5.  Порушення провідності
      Порушення проведення збудження в серці можуть бути обумовлені безліччю різних факторів. Добре відомі вроджені та набуті аномалії спеціалізованих тканин, а також їх руйнування внаслідок захворювання [8]. У нормальному серце, ймовірно, найбільш частою причиною аномалій є поширення імпульсів у волокнах з низьким мембранним потенціалом. Підвищення ступеня аберації
  6.  Електрофізіологічні детермінанти аберації
      З описаної вище взаємозв'язку мембранного потенціалу та проведення випливає, що на виникнення аберації повинні впливати фактори, що визначають рівень потенціалу в момент приходу поширюваного передчасного імпульсу, а також відношення між мембранним потенціалом і Vmax. Інтервал зчеплення. Зв'язок між ступенем передчасність, інтервалом зчеплення і проведенням вже
  7.  Деполяризація в фазу 4
      Латентні пейсмекерного клітини. Четвертий можливий механізм аберації тривалого циклу при уповільненому синусовом ритмі і при ритмі ускользания в АВ-з'єднанні грунтується на існуванні в системі Гіс-Пуркіньє великого числа автоматичних клітин (латентних водіїв ритму), здатних до спонтанної діастолічної деполяризації [56, 238-241]; виникнення аберації при цьому обумовлено
  8.  Друга фаза шлуночкової аритмії
      Якщо собака переживає ранню фазу аритмії, викликаної постійної окклюзией ЛПНКА, то настає період відносного спокою в електричній активності серця, який {foto138} Рис. 6.10. Трансмембранні потенціали дії і позаклітинні потенціали, зареєстровані в серці собаки in situ. Потенціали до оклюзії лівої передньої низхідної коронарної артерії і через 5 хв
  9.  Вплив патологічних станів на потенціал спокою і потенціал дії серцевих клітин
      Порушення ритму серця і порушення проведення можуть виникати в результаті змін електричних властивостей серцевих волокон при захворюванні міокарда. Для з'ясування особливостей таких змін недавно був проведений ряд досліджень. Для реєстрації електричної активності клітин в препаратах міокарда, отриманих у хворих і експериментальних тварин, використовувалися скляні мікроелектроди.
  10.  Аномальний автоматизм і триггерная активність
      Як вже зазначалося раніше, автоматизм є нормальним властивістю деяких типів серцевих клітин. У нормальних клітинах робочого міокарда передсердь і шлуночків не розвивається спонтанна діастолічна деполяризація і не виникають спонтанні імпульси. Однак якщо в експериментальних умовах мембранний потенціал передсердних або шлуночкових клітин знизити приблизно до -60 мВ, то в цих клітинах
© medbib.in.ua - Медична Бібліотека