Что такое потенциал действия?

Определение:

Потенциал действия — автоматическая генерация электрических разрядов любой частью проводящей системы сердца или клетками сердца(в патологических состояниях)

N.B. Разные части проводящей системы формирует потенциал действие разной конфигурации и с разной скоростью. Как Вы увидите ниже — потенциал действия в научном сообществе принято рисовать графиком во времени.

Позвольте мне ввести некоторые термины, которые необходимы для понимания ниже написанного:
1) Градиент концентрации или концентрационный градиент — это векторная физическая величина, характеризующая величину и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо вещества в среде.
2) Электрохими?ческий градиент, или градиент электрохимического потенциала, — совокупность градиента концентрации и мембранного потенциала, которая определяет направление движения ионов через мембрану. Градиент возникает вследствие неодинаковой концентрации ионов на противоположных сторонах мембраны. Ионы двигаются через мембрану из области, имеющую более высокую концентрацию в область с более низкой концентрацией путём простой диффузии. Также ионы несут электрический заряд, который формирует электрический потенциал на мембране. Если существует неравномерное распределение зарядов по обе стороны мембраны, то разница в электрическом потенциале порождает силу, которая приводит к ионной диффузии, пока заряды по обе стороны не будут сбалансирован.
3) Деполяризация — движение заряда от отрицательных цифр к положительным.
4) Реполяризация — движение заряда от положительных к отрицательным цифрам.

Движение ионов через мембраны может осуществляться против и по электрохимическому градиенту концентрации. ПРотив электрохимического градиента осуществляется благорадя транспортным белкам(симпорты или антипорты)

По электрохимическому градиенту осуществляется по ионным каналам. Они могут быть:
1) Управляемые: имеет систему «ворот», которые открываются и закрываются в зависимости от заряда клеточной мембраны. Более детально природу этого явления я разбирать здесь не буду, потому что она выходит за пределы темы этой статьи. Эти каналы также называют потенциал зависимыми. Воздействие биологически-активных веществ — лигандов также могут менять конфигурацию этих «ворот», тем самым открывая или закрывая их. Это лигандо-управляемые каналы.
2) Неуправляемые

Гистологические особенности кардиомиоцитов рабочего миокарда

1) Кардиомиоциты в рабочем миокарде имеют цилиндрическую (продолговатую форму)

2) Они разветвленные, на конце имеют 2 или более ответвлений, которые связаны с другими кардиомиоцитами.

3) Они соединены вставочными дисками:— в интеркалярных(вставочных) дисках имеются щелевые соединения (нексусы), через которые ионы проходят свободно
— потенциал действия очень быстро распространяется через кардиомиоциты
— кардиомиоциты образуют синцитий

• Это образованное результата слияния многих клеток(постклеточная структура)

• В принципе, это многоклеточная структура с общей цитоплазмой.

4) Они содержат тропонин, который выделяется при повреждении - некрозе (или других травмирующих ситуациях).

Кардиомиоциты и мембранный потенциал действия

1) Кардиомиоциты имеют селективные ионные каналы в мембране, через которые проходят ионы.

2) Большие молекулы SO42-, PO43- и Белки-— Они не проникают через мембрану, остаются внутриклеточными и имеют отрицательный электрический заряд.

3) Ионы Na +, K +, Ca2 +, Cl- проходят через ионные каналы

4) Иона клетка активно переносит с помощью энергии от АТФ через насос Na + / K + (натрий-калий)— Na + вне клетки (внеклеточная концентрация Na + 145 ммоль /)
— К + в клетку (внеклеточная концентрация К + составляет 4 ммоль /)
— Результатом активного транспорта является высокая концентрация Na + во внеклеточном.

• Натрий - главный внеклеточный катион

5) Изменение мембранного потенциала— существует разница в электрических напряжениях между внутриклеточным и внеклеточным пространством.
— вольтметр: один электрод внутриклеточный, другой внеклеточный.
— внутриклеточное пространство отрицательно, а внеклеточное - положительно.

• Разница напряжений -90 мВ

— это неравномерное распределение ионов поддерживается с помощью насоса Na + / K +.

Потенциал действия

1) Происходит быстрое изменение электрического напряжения кардиомиоцита.

2) Формируется для изменения концентрации внутриклеточных и внеклеточных ионов.— Потенциал действия распространяется быстрее через проводящую систему, чем через рабочий миокард.

3) Происходит деполяризация - меняется полярность мембраны

4) После реполяризации - возврат в исходное состояние

Мембранный потенциал покоя

1) Кардиомиоцит находится в поляризованном состоянии.

2) Внеклеточное пространство электрически положительно. — снаружи высокая концентрации Na+

4) Внутриклеточное пространство отрицательное

5) Разница вольтажа(внутри и вне клетки) составляет -90 мВ.

Деполяризация

1) Если кардиомиоцит раздражен импульсом.— Из соседней клетки (в узле СА спонтанно возникают импульсы)— От электрода кардиостимулятора

2) Это открывает ионные каналы для Na +— приток Na + в клетку следует электрическому градиенту
— электрическое напряжение начинает меняться
* потому что концентрация Na + увеличивается внутри клетки.

3) Если вольтаж достигает порогового значения (-50 мВ)— это открывает быстрые натриевые каналы.

4) Деполяризация— это изменение полярности мембраны.
— внеклеточное пространство становится отрицательным.
* Внутриклеточные изменения на приток Na +
— деполяризация распространяется волной

С помощью приложения «Epicardio simulation» для iOS было симулированы нормальные процессы реполяризации и деполяризации предсердий в виде цветовой гаммы. Чем ближе к фиолетовому цвету, тем ближе к деполяризации, чем ближе к красному тем ближе к реполяризации. Обратите внимание, что деполяризация предсердий(фиолетовая волна или +15мВ) начинается из синусового узла, а реполяризации(волна изменяет свой цвет в зависимости зарядом синяя(примерно -20мВ), зелёная(примерно -30мВ), жёлтая(примерно -40мВ) и красная(-79мВ) — ближе к красному, тем заряд внутри клетки ниже) начинается там же где началась деполяризация.

Состояния натриевых каналов

Традиционно мы выделяем m-ворота и h-ворота.
Первое состояние(слева) m-ворота закрытые, а h-ворота открытые и поступление ионов Na через каналы не возможное и клеточная мембрана имеет отрицательный заряд(жёлтые шарики).

Второе состояние(по середине): под действием определённого стимула m-ворота открываются и натрий поступает в клетку и заряд повышается(синие кружочки).

Третье состояние(справа): h-ворота закрытые и натрий не может поступать через мембрану. В этом состоянии натриевые каналы не получится открыть никаким стимулом. Для восстановление способности открываться нужна фаза реполяризации — сброс заряда мембраны. И натриевый канал снова переходит в первое состояние.

Когда заряд мембраны сбрасывается неполностью(как например с гиперкалиемией), то в следующую деполяризацию не все натриевые каналы будут работать, следовательно мы встретим замедление фазы 0, т.е. проводимости и QRS будет уширен.

Первое состояние — восстановленное
Второе состояние — открытые
Третье состояние — рефрактерное

Отсюда и возникли следующие термины:
1) абсолютная рефрактерность — когда клетка не может воспринимать стимулы.
2) относительная рефрактерность — когда клетка возбудится при очень сильном стимуле.

Интересный момент, когда поступает внеочередной импульс на рефрактерный период одной из ножек пучка Гиса, то импульс пройдёт минуя этот временно заблокированный путь — это называется аберрация.

Деполяризованный кардиомиоцит

1) Внеклеточное пространство отрицательное

2) Волна деполяризации постепенно деполяризовала весь кардиомиоцит.— Затем он переходит к другим кардиомиоцитам

Реполяризация

1) По окончании деполяризации перенос ионов снова происходит по каналам— В основном это ионы Ca ++ и K +.

2) Возврат в исходное поляризованное состояние

3) Волна реполяризации распространяется медленно и в противоположном направлении по отношению депорялизации.— эпикард начинает реполяризоваться раньше, чем эндокард.

4) Внеклеточная среда снова меняется на положительную.

Перемещение потенциала действия

1) Они разветвлены и продольно (продольно) соединены интеркалярными дисками

2) Через вставочные диски цитоплазма кардиомиоцитов соединяется

- Все мышечное волокно ведет себя как длинная клетка (синцитий)

3) Волна деполяризации распространяется по миокарду в виде отдельной клетки.

1) На снимке часть рабочего миокарда.
2) Кардиомиоциты продольно связаны между собой вставочными дисками.— В дисках есть щелевые переходы, через которые проходят ионы.

3) Когда кардиомоцит стимулируется импульсом, потенциал действия распространяется на соседние клетки.— Например, когда вы бросаете камень в воду (от центра наружу)

4) Однако потенциал действия распространяется:— Быстро - продольно
— Медленный - поперечно
— Потому что вставочные диски расположены на боковых сторонах - кардиомиоцитов.

Потенциал действия

1) Вольт делится на электрический потенциал 2 точек— 1 точка - внутриклеточное пространство
— 2 точка - внеклеточное пространство

2) Мембранный потенциал помещения

— имеет диапазон -90 мВ
— внутриклеточная бунка отрицательная

3) Деполяризованный кардиомиоцит- имеет значение 15 мВ
- внутриклеточная пространство клетки положительное

4) Во время действия потенциала- распределение ионов меняется
- вторичное и электрическое напряжение

Потенциал действия и сокращение кардиомиоцитов

1) На видео показан кардиомиоцит рабочего миокарда— раздражается импульсом от электрода.

2) Потенциал действия в рабочем миокарде- вызывает постепенное сокращение всех кардиомиоцитов
- потому что рабочий миокард - это синцитий.

3) потенциал действия возникает самопроизвольно— в СА узле, а затем распространяется по системе передачи
— передается от системы передачи к рабочему миокарду
* формируется систола предсердий, а затем систола желудочков

Потенциал действия в системе передачи

1) Потенциал действия (импульс) возникает самопроизвольно в узле СА.— с частотой около 60-90 / мин.

2) От узла СА начинает активироваться миокард предсердий.— Распространяется, на примере если кинуть камень в воду.
* От СА-узла диффузно к предсердию (зубец P)
— формируется систола предсердий.

3) В то же время импульс быстро распространяется через систему передачи к AV-узлу.- От AV-узла к ножке Гиса-Пуркинье
- Сначала активируется перегородка (зубец Q), затем камеры (зубец R)

4) Рабочий миокард- Не генерирует спонтанных импульсов
- Они сокращаются
* Каждый импульс вызывает систолу

- проводят импульс медленнее, чем система передачи

Потенциал действия СА-узла

1) Рабочие клетки миокарда деполяризованы.— только при активации внешним импульсом

2) Клетки СА-узла спонтанно деполяризуются- Потому что у них есть каналы If
- Через которые ионы Na + и K + входят спонтанно.
* If(funny — забавный: назвали потому что учёный, который открыл их не ожидал их увидеть в таком состоянии и ему показалось это странным).

3) Когда потенциал действия достигает порогового значения (-50 мВ)- Этот заряд открывает быстрые каналы Ca-Т типа потом L типа++
- Деполяризация идет полным ходом

4) Во время реполяризации ионы K + выходят из клетки.— высокий заряд заставляет закрываться СА-каналам и открывается К-каналы, в результате калий выходит и заряд падает до исходных значений
— это необходимо для возникновение нового потенциала действия
— распределение ионов в конце цикла обеспечивает:
* в основном натриевый (Na + / K +) насос.

Фаза 4 отвечает за автоматизм. Фаза 0 за проводимость. Фаза 3 определяет рефрактерность клеток синусового узла. Фаза 1-2 сливается в одну.

Потенциал действие АВ-узла очень похож на СА-узел, но с меньшим автоматизмом.

Канала и частота сердечных сокращений

1) Каналы СА-узла создают волны депорялизации и задают ЧСС

2) Вегетативная нервная система влияет на скорость их деполяризации— катехоламины (адреналин, норадреналин) влияют на клетки узлов, когда активируется симпатическая нервная система
— скорость деполяризации увеличивается, если кривая круче во время тока If.
* поскольку кривая скорее достигает порогового(-50 мВ) значения то крутизна наклона увеличивает ЧСС

Стимуляция СА-узла

1) СА-узел стимулируется симпатической нервной системой

2) Каналы пропускают ионы быстрее

3) Кривая потенциала действия круче

4) 4 фазы потенциала действия укорачиваются.

5) Учащение пульса

Подавление СА-узла

1) Например некоторые лекарства

2) Если кривая потенциала действия более плоская

3) 4 фаза потенциала действия расширена

4) Частота пульса снижается

Рабочий миокард vs. SA-узел

1) Потенциал действия рабочего миокарда и системы передачи имеет различную форму.

2) Поскольку кардиомиоциты в определенных частях сердца имеют разные ионные каналы.— следовательно, другие электрические и механические свойства

3) Потенциал действия в рабочем миокарде— имеет фазы: 4, 0, 1, 2, 3
— вызывает сокращение кардиомиоцитов

4) Потенциал действия в системе передачи— имеет фазы: 4, 0, 3(В принципе, отсутствие этих фаз 1 и 2 объяснимо тем, что ПД СА-узла имеет иную конфигурацию — там нет фазы 1 (ранней реполяризации), тк отсутствуют Ito - транзиторные исходящие калиевые токи (собственно отсутствуют эти каналы). По сути, нет и фазы 2 (плато) или она очень короткая, т.к. входящий кальциевый ток ICaL ограничен окончанием фазы 4 и фазой 0). Но существует и другое мнение, где их на схеме отмечают все таки.

— возникает самопроизвольно (потому что имеет токи If)

КОгда заряд достигает -60 мВ, это заставляет открывать потенциал-зависимые Na-каналы, и натрий лавинообразно заходит в клетку и мгновенно заряд мембраны меняется к (+) это быстрая деполяризация. Заряд +35мВ заставляет закрывать Na-каналы и открывает К-каналы, что заставляет калий выходит из клетки и как следовательно снижение заряда(фаза 1) мембраны, потом открываются СА-каналы, кальций заходит. В результате получается, что калий выходит, а кальций заходит и заряд мембраны значимо не меняется(плато -- фаза 2). Позже СА-каналы закрываются и К-каналы открытые, и заряд мембраны достигает исходных значений (фаза 3), потом фаза 4 и все начинается сначала.
Фаза 0 — проводимость
Фаза 3 — рефрактерность. Она определяет такое понятие как эффективно-рефрактерный период, т.е. когда абсолютная рефрактерность меняется относительной. Клетка в состоянии абсолютной рефрактерности. Эффективно рефрактерный период это «пространство» между фазами 0 и 3 нечувствительная ни к какому из стимулов.
Фаза 4 — автоматизм
Фаза 1-2 это сократимость.

1) Потенциал действия в отдельных частях сердца имеет различную форму— Отличается в клетках потенциала действия и рабочем миокарде.

2) Потенциал действия (импульс) рабочего миокарда фиксируется устройством ЭКГ и создается кривая ЭКГ.

It0 — транзиторный выход калия
Ikur — сверхбыстрый выходящий ток калия с входом кальция, в результате ПД не падает резко, в происходит задержка выпрямление.
Iks — медленный выход тока калия с задержкой выпрямление потенциала действия.
Ikr — быстрый выход тока калия с задержкой выпрямление ПД
IkAch — ацетилхолин-зависимые выходящие токи калия
Ik1 — калиевые токи внутреннего выпрямление потенциала действие.

Интересный факт: разница конфигурации ПД предсердий и желудочков заключается в том, что в клетках желудочков меньше разнообразий токов калия.

Проводящая система сердца

1) Система передачи самопроизвольно генерирует импульсы— Частота СА-узла генерирует импульсы с наибольшей частотой (60-90/ мин.)
— СА-узел называется доминантным (основным) водителем ритма.

2) Если СА-узел перестает генерировать импульсы в случае неисправности— Активируются нижележащие пейсмейкеры, которые обладают наивысшим автоматизмом, но частота генерации импульсом меньше.

3) Подавление пейсмейкеров означает, что:— импульс, который генерируется в СА-узле, распространяясь по проводящей системе сердца деполяризирует все клетки, которые способны самостоятельно депорялизироваться следовательно подавляет все очаги автоматизма.

4) Чем ниже наклон фазы 4 отвечающая за деполяризацию, тем дальше от СА-узла и следовательно автоматизм клеток ниже.

ЭКГ и потенциал действия

КАк Вы уже поняли, что ЭКГ отражает интегральные трансмембранные потенциалы, но я попытаюсь экстраполировать разные фазы ПД на различные элементы ЭКГ

1) Комплекс QRS - это деполяризация желудочков— во время формирования комплекса QRS по камерам распространяется волна деполяризации

2) Сегмент ST представляет собой изоэлектрическую линию— в течение фазы 2 потенциала действия вся стенка миокарда деполяризованная, электрический вектор не образуется

3) Зубец Т - реполяризация камер:— электрический вектор при реполяризации имеет то же направление, что и при деполяризации
— однако реполяризация занимает больше времени, поэтому зубец T шире, чем комплекс QRS.

4) Интервал QT соответствует 1 электрическому сердечному циклу:— Деполяризация + реполяризация желудочков

5) Зубец P - это деполяризация предсердия— потенциал действия зубца P на картинке нет
— реполяризация предсердий скрыта в комплексе QRS

ЭКГ и сердечный цикл

Потенциал действия отражается на кривой ЭКГ и по кривой ЭКГ можно определить отдельные части сердечного цикла.

Источник: m.vk.com

Комментарии: