Фазы потенциала действия кардиомиоцитов (КМЦ) сердца

Кардиология:

Фазы потенциала действия кардиомиоцитов (КМЦ) сердца

Трансмембранный потенциал кардиомиоцитов (КМЦ) состоит из 5 фаз: фаза 0 — возбуждение или быстрая деполяризация; фаза 1 — ранняя быстрая реполяризация; фаза 2 — плато; фаза 3 — конечная быстрая реполяризация; фаза 4 — мембранный потенциал покоя и диастолическая деполяризация. Эти фазы являются результатом пассивного тока ионов по электрохимическому градиенту, обусловленному активным ионным насосом и обменными механизмами.

Каждый ион первоначально движется через свой специфичный канал. Импульсы распространяются от одной клетки к другой без участия нервной системы. Этот факт можно наглядно продемонстрировать на трансплантированном сердце. Изложенное далее обсуждение объясняет электрогенез каждой из этих фаз.

Ионные потоки регулируют мембранный потенциал (МП) кардиомиоцитов (КМЦ) следующим образом. Когда открыт только один тип ионных каналов, предположим, что этот канал идеально селективен для данного иона, МП всей клетки будет эквивалентен РП для этого иона. При решении уравнения Nernst для 4 основных ионов но обе стороны плазматической мембраны были получены следующие равновесные потенциалы: натрий +60 мВ; калий -94 мВ; кальций +129 мВ; хлор от -80 до -35 мВ.

В связи с этим, если открывается одиночный селективный К⁺-канал, как, например, К⁺-канал, выпрямляющий входящий ток, МП становится равным Е_k (-94 мВ). Если открывается одиночный селективный Na⁺-каиал, трансмембранный потенциал равняется E_Na (+60 мВ). В покоящемся КМЦ (фаза 4) открытых калиевых каналов значительно больше, чем натриевых, при этом величина трансмембранного потенциала клетки близка Е_k.

Потенциал действия, записанный во время регистрации сердечных клеток.
Клетка (сфера), два микроэлектрода и стадии: помещение электродов в клетку, активация и восстановление.
Когда оба микроэлектрода находятся вне клетки (а), разность потенциалов между ними отсутствует (потенциал 0).
Внутри клетки среда отрицательная, а вне клетки —положительная, поскольку клетка поляризована.
Один микроэлектрод проколол клеточную мембрану (б) для записи внутриклеточного мембранного потенциала покоя, который составляет -90 мВ относительно внеклеточной среды.
Клетка реполяризована (в), записано восходящее колено ПД.
ПД на пике внутри клетки составляет +30 мВ относительно внеклеточной среды.
Показана фаза реполяризации (г) с возвратом мембраны к исходному потенциалу покоя (д).

Когда одновременно открываются ионные каналы > 2 типов, каждый из них пытается привести МП к равновесному потенциалу для этого канала. Вклад каждого типа ионов в суммарный МП в каждый конкретный момент определяется мгновенной проницаемостью плазматической мембраны для этого иона. Например, по степени отклонения мембранного потенциала покоя от Е_k можно предположить, что другие типы ионов с равновесным потенциалом, положительным по отношению к Е_k, будут вносить вклад в величину мембранного потенциала покоя КМЦ.

Если предположить, что ионы Na⁺, К⁺ и Cl^- проникают через мембрану при создании потенциала покоя, индивидуальный вклад каждого из них в величину мембранного потенциала покоя (V) можно рассчитать по формуле (значения символов указаны ранее):

V = (RT/F) ln[(Р_k [К]_o + P_Na [Na]_o + Р_Cl[Cl]_i)/(Р_k[К]_i + P_Na[Na)P_Cl[Cl]_o)].

Если имеется только один проникающий ион, V становится равным РП для этого иона. Для нескольких типов проникающих ионов V является средневзвешенным значением всех РП.

Внутриклеточную электрическую активность можно измерить посредством помещения в одиночную клетку стеклянного микроэлектрода, заполненного раствором электролита, с наконечником диаметром < 0,5 мкм. Электрод обусловливает минимальное повреждение, точка его вхождения частично «запечатывается» клеткой.

Трансмембранный потенциал регистрируется при использовании этого электрода относительно внеклеточного электрода заземления, помещенного в культуру ткани вблизи клеточной мембраны, и представляет собой разность потенциалов между внутренней и наружной средой клетки. В качестве альтернативы в подобных условиях для измерения трансмембранного потенциала может быть использован метод пэтч-кламп.

Токи и каналы потенциала действия сердца

Токи и каналы, вовлеченные в генерацию ПД и потенциала покоя;
для клеток предсердия и желудочка — слева, для клеток синоатриального узла — справа.
Вверху и внизу — токи, обусловливающие электрические свойства клетки (символы и описания каналов и потоков).
Где это возможно, примерная длительность потоков, связанных с каналами или насосами, показана символично,
без попытки представить их взаимодействие друг с другом.
I_K включается в состав по меньшей мере двух токов — I_KR и I_KS.
Оказалось, что также существует сверхбыстрый компонент I_KUR.
Толстые линии для I_CL, I_PUMP и I_K(ATP) означают только наличие этих каналов или насосов, т.к. они варьируют в зависимости от физиологических и патофизиологических условий.
Каналы в квадратных скобках (I_NS и I_K(ATP)) активны только в патологических условиях.
I_NS могут представлять свеллинг-индуцируемый катионный поток.
Для клеток синусового узла (СУ) I_NS и I_K1 небольшие или отсутствуют.
Вопросительные знаки означают еще не предоставленные экспериментальные данные для определения этих каналов в мембранах клеток СУ.
Существуют и другие механизмы ионных потоков, но они здесь не показаны, т.к. их роль в электрогенезе недостаточно определена.

Видео физиология фаз потенциала действия кардиомиоцитов

- Читать "Мембранный потенциал покоя кардиомиоцитов (КМЦ) сердца (фаза 4 потенциала действия)"

Оглавление темы "Фазы потенциала действия кардиомиоцитов сердца":