Потенциал покоя и потенциал действия в нормальных предсердных и желудочковых клетках и в волокнах Пуркинье

Блокаторы натриевых каналов

Потенциал покоя и потенциал действия в нормальных предсердных и желудочковых клетках и в волокнах Пуркинье

Общим для всех ЛС этого класса является то, что они понижают проницаемость мембраны для ионов Na+ и удлиняют 0 и 4 фазы потенциала действия (ПД) везде, кроме СА-узла, где эти фазы имеют Са2+ – природу.

Вместе с тем, разные препараты из числа блокаторов натриевых каналов по разному влияют на каналы других ионов. В связи с этим делятся на 3 подкласса:

· IA (хинидин, прокаинамид) блокирует и Na+- , и К+ – каналы

· IB (лидокаин)блокирует и Na+- , но активирует К+ – каналы

· пропафенонсильнее других ЛС блокирует Na+ каналы, слабо блокирует Са2+ каналы

Препараты подкласса IAхинидин, прокаинамид.

Хинидин— правовращающий изомер хинина (алкалоид коры хинного дерева; род Cinchona). Действуя на кардиомиоциты, хини­дин блокирует натриевые каналы и поэтому замедляет процессы деполяризации. Кроме того, хинидин блокирует калиевые каналы и поэтому замедляет реполяризацию.

Особенно подробно изучено действие хинидина на волокна Пуркинье желудочков сердца. В потенциале действия волокон Пуркинье различают следующие фазы (рис.3.18.1.1.):

• фаза 0 – быстрая деполяризация,

• фаза 1 – ранняя реполяризация,

• фаза 2 — «плато»,

• фаза 3 — поздняя реполяризация,

• фаза 4 — спонтанная медленная деполяризация (диастолическая деполяризация); как только спонтанная медленная деполяри­зация достигает порогового уровня, генерируется новый потенциал действия; скорость достижения порогового уровня определяет час­тоту потенциалов, т.е. автоматизм волокон Пуркинье.

Рис. 3.18.1.1. Потенциалы действия волокна Пуркинье.

Фаза 0 – быстрая деполяризация; фаза 1 – ранняя реполяризация;

фаза 2 – «плато»; фаза 3 – поздняя реполяризация; фаза 4 – спонтанная медленная

деполяризация (диастолическая деполяризация).

Указанные фазы связаны с движением ионов через ионные ка­налы клеточной мембраны (рис. 3.18.1.2.).

Рис. 3.18.1.2. Связь движения ионов и фаз потенциала действия волокна Пуркинье

• Фаза 0 связана с быстрым входом ионов Na+.

• Фаза 1 связана с выходом ионов К+.

• Фаза 2 — выход ионов К+, вход ионов Са2+ и отчасти Na+.

• Фаза 3 — выход ионов К+.

• Фаза 4 – выход К+ (убывает) и вход Na+ (нарастает).

Хинидин блокирует Na+-каналы и замедляет быструю деполяри­зацию (фаза 0) и спонтанную медленную деполяризацию (фаза 4).

Хинидин блокирует калиевые каналы и замедляет реполяризацию (фаза 3) (рис. 3.18.1.3.).

Рис. 3.18.1.3. Влияние хинидина и прокаинамида на потенциал действия и эффективный рефрактерный период волокна Пуркинье

В связи с замедлением быстрой деполяризации хинидин снижа­ет возбудимость и проводимость, а из-за замедления спонтанной медленной деполяризации снижает автоматизм волокон Пуркинье.

В связи с замедлением фазы 3 хинидин увеличивает длитель­ность потенциала действия волокон Пуркинье.

В связи с увеличением длительности потенциала действия и сни­жением возбудимости увеличивается эффективный рефрактерный период (ЭРП – период невозбудимости между двумя распростра­няющимися импульсами) (рис. 3.18.1.3.).

Очевидно, что снижение возбудимости и автоматизма полезно при лечении тахиаритмий и экстрасистолии.

Снижение проводимости может быть полезным при аритмиях по типу «reentry» (повторный вход возбуждения), которые связаны с образованием однонаправленного блока (рис. 3.18.1.4.). Хинидин полнос­тью блокирует проведение импульсов в области однонаправленного блока (переводит однонаправленный блок в полный блок) и прекра­щает повторный вход возбуждения.

Увеличение ЭРП может быть полезным при тахиаритмиях, свя­занных с циркуляцией возбуждения по замкнутым цепям кардиомиоцитов (например, при мерцательной аритмии); при увеличении ЭРП циркуляция возбуждения прекращается.

Рис. 3.18.1.4. Действие хинидина и прокаинамида при аритмиях по типу reentry

На клетки синоатриального узла хинидин оказывает слабое уг­нетающее действие, так как потенциал покоя в этих клетках значи­тельно ниже, чем в волокнах Пуркинье и процессы депо­ляризации связаны в основном со входом Са2+ (рис. 3.18.1.5.). В то же время хинидин блокирует тормозное влияние блуждающего нерва на синоатриальный узел (ваголитическое действие) и поэтому мо­жет вызывать незначительную тахикардию.

В волокнах атриовентрикулярного узла процессы деполяриза­ции (фазы 0 и 4) обусловлены в основном входом Са2+ и в меньшей степени — входом Na+ (рис. 3.18.1.5.).

Хинидин замедляет фазы 0 и 4 потенциала действия и соответственно снижает проводимость и автоматизм волокон атриовентрикулярного узла. В то же время хи­нидин устраняет тормозное влияние вагуса на атриовентрикулярную проводимость.

В результате, в терапевтических дозах хинидин оказывает умеренное угнетающее влияние на атриовентрикулярную проводимость.

СА-узел АВ-узел

Рис. 3.18.1.5. Потенциалы действия клеток синоатриального (СА) и атриовентрикулярного (АВ) узлов(фазы 0 и 4 связаны с входом ионов Са2+)

В волокнах рабочего миокарда предсердий и желудочков хинидин нарушает деполяризацию и ослабляет сокращения миокарда. Хинидин снижает возбудимость и увеличивает ЭРП волокон рабочего миокарда, что также препятствует патологической циркуляции импульсов.

Хинидин расширяет периферические кровеносные сосуды (альфа-адреноблокирующее действие). В связи с уменьшением сердечного выброса и снижением общего периферического сопротивления со­судов хинидин снижает артериальное давление.

Назначают хинидин внутрь при постоянной и пароксизмальной формах мерцательной аритмии предсердий, желудочковой и наджелудочковой пароксизмальной тахикардии, желудочковых и предсердных экстрасистолах.

Побочные эффекты хинидина: снижение силы сокращений серд­ца, снижение артериального давления, головокружение, нарушение атриовентрикулярной проводимости, цинхонизм (звон в ушах, сни­жение слуха, головокружение, головная боль, нарушения зрения, де­зориентация), тошнота, рвота, диарея, тромбоцитопения, аллерги­ческие реакции. Хинидин, как и многие другие противоаритмические средства, у части больных (в среднем у 5%) может вызывать сердеч­ные аритмии — аритмогенное (проаритмическое) действие.

ПРОКАИНАМИД(новокаинамид) в отличие от хинидина меньше влияет на сократимость миокарда, не обладает aльфа-адреноблокирующими свойствами. Препарат назначают внутрь, а в экстренных слу­чаях вводят внутривенно или внутримышечно в основном при же­лудочковых, реже — при наджелудочковых тахиаритмиях (для прекращения трепетания или мерцания предсердий) и экстрасистолии.

Побочные эффекты прокаинамида: артериальная гипотензия (связана с ганглиоблокирующими свойствами прокаинамида), ги­перемия лица, шеи, нарушения атриовентрикулярной проводимос­ти, тошнота, рвота, головная боль, бессонница. При длительном применении прокаинамида возможны гемолитическая анемия, лей­копения, агранулоцитоз, развитие синдрома системной красной волчанки (начальные симптомы — кожные сыпи, артралгия).

Препараты подгруппы IBлидокаин, мексилетин, фенитоин в отличие от препаратов подгруппы IA меньше влияют на проводи­мость, не увеличивают, а уменьшают длительность потен­циала действия (соответственно уменьшается ЭРП).

Лидокаин(ксикаин) — местный анестетик и одновремен­но эффективное противоаритмическое средство. В связи с низкой биодоступностью препарат вводят внутривенно. Действие лидокаина кратковременно (Т1/2 1,5-2 ч), поэтому обычно растворы лидокаина вводят внутривенно капельно.

В волокнах Пуркинье лидокаин замедляет скорость быстрой депо­ляризации (фаза 0) в меньшей степени, чем хинидин.

Лидокаин замедляет диастолическую деполяризацию (фаза 4), что связано с гиперполяризацией клеточной мембраны из-за некоторого ускорения тока ионов через К+-каналы.

Последнее также ведет к укорочению фазы 3 (реполяризация), поэтому, в отличие от пре­паратов подгруппы IA лидокаин не увеличивает, а уменьшает дли­тельность потенциала действия волокон Пуркинье.

Рис. 3.18.1.6. Влияние лидокаина на потенциал действия волокон Пуркинье.

Лидокаин снижает автоматизм и уменьшает ЭРП волокон Пуркинье.

На синоатриальный узел лидокаин не оказывает существенного влияния; на атриовентрикулярный узел оказывает слабое угнетающее действие. В терапевтичес­ких дозах лидокаин мало вли­яет на сократимость миокар­да, артериальное давление, атриовентрикулярную прово­димость.

Применяют лидокаин толь­ко при желудочковых тахиа­ритмиях и экстрасистолии. При предсердных тахиаритмиях он не эффективен. Лидокаин является препара­том выбора для устранения желудочковых аритмий, свя­занных с инфарктом миокар­да.

Вместе с тем считают нецелесообразным длительное введение лидокаина для профилактики аритмий при инфаркте миокарда (воз­можно проаритмическое действие лидокаина, ослабление сокраще­ний сердца, нарушение атриовентрикулярной проводимости).

Побочные эффекты лидокаина: умеренное угнетение атрио­вентрикулярной проводимости (противопоказан при атриовентри­кулярном блоке II – IIIстепени), повышенная возбудимость, голо­вокружение, парестезии, тремор.

В качестве противоаритмического ЛС лидокаин применяют в 10% растворе, а для местной анестезии в концентрации не более 1%.

При передозировке лидокаина возможны сонливость, дезориен­тация, брадикардия, атриовентрикулярный блок, артериальная ги­потензия, угнетение дыхания, кома, остановка сердца.

МЕКСИЛЕТИН— аналог лидокаина, эффективный при приеме внутрь.

ФЕНИТОИН(дифенин) – противоэпилептическое средство, которое обладает также противоаритмическими свойствами, сход­ными со свойствами лидокаина. Фенитоин особенно эффективен при аритмиях, вызванных сердечными гликозидами, так как в АВ-узле не замедляет, а даже может несколько улучшать проводимость.

Препараты подгруппы 1Спропафенон – значитель­но замедляют скорость быстрой деполяризации (фаза 0), замедля­ют фазу 2, спонтанную медленную деполяризацию (фаза 4) и мало влияют на реполяризацию (фаза 3) волокон Пуркинье. Таким образом, эти вещества выраженно угнетают возбудимость и проводимость. За счет снижения воз­будимости увеличивает ЭРП волокон Пуркинье и волокон рабоче­го миокарда. Угнетает атриовентрикулярную проводимость (рис. 3.18.1.7.).

Рис. 3.18.1.7. Влияние пропафенона на потенциал действия волокон Пуркинье.

Пропафенон, кроме резкой блокады Na+-каналов, слабо блокирует Са2+-каналы, обладает слабой бета-адреноблокирующей активностью.

Препарат назначают внутрь и внутривенно.

Показания к применению пропафенона: желудочковые и предсердные тахиаритмии и экстрасистолия при неэффективности других противоаритмических средств. Пропафенон можно применять для фармакологической кардиоверсии мерцания предсердий (длительностью не более 7 дней).

Побочные эффекты пропафенона: снижает сократимости миокарда; снижает АВ- проводимость; оказывает выраженное аритмогенное действие (могут вызывать аритмииу 10-15% больных)

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/9_123011_blokatori-natrievih-kanalov.html

Читать онлайн

Потенциал покоя и потенциал действия в нормальных предсердных и желудочковых клетках и в волокнах Пуркинье

3. проводимостью – способностью сердечной мышцы проводить возбуждение;

4. сократимостью – способностью изменять свою форму и величину под действием раздражителя, а также растягивающей силы или крови.

Субстратом автоматии в сердце является специфическая мышечная ткань, или проводящая система сердца, которая состоит из синусно-предсердного (синоатриального) (СА) узла, расположенного в стенке правого предсердия у места впадения в него верхней полой вены, предсердно-желудочкового (атриовентрикулярного узла, расположенного в межпредсердной перегородке на границе предсердий и желудочков. От атриовентрикулярного узла начинается пучок Гиса. Пройдя в толщу межжелудочковой перегородки, он делится на правую и левую ножки, заканчивающиеся конечными разветвлениями – волокнами Пуркинье. Верхушка сердца не обладает автоматией, а лишь сократимостью, так как в ней отсутствуют элементы проводящей системы сердца.

В нормальных условиях водителем ритма, или пейсмекером, является синоатриальный узел. Частота разрядов синоатриального узла в покое составляет 70 в 1 минуту. Атриовентрикулярный узел – это водитель ритма второго порядка с частотой 40 -50 в 1 минуту.

Он берет на себя роль водителя ритма, если по каким-либо причинам возбуждение от СА не может перейти на предсердия при атриовентрикулярной блокаде или при нарушении проводящей системы желудочков.

Если поражены все основные водители ритма, то очень редкие импульсы (20 имп/с) могут возникать в волокнах Пуркинье – это водитель ритма 3-го порядка.

Следовательно, существует градиент автоматии сердца, согласно которому степень автоматии тем выше, чем ближе расположен данный участок проводящей системы к синусному узлу.

Электрическая активность клеток миокарда и проводящей системы сердца

Потенциал действия кардиомиоцитов начинается с быстрой риверсии мембранного потенциала, составляющего -90 мВ и создаваемого за счет К+-потенциала, до пика ПД (+ 30 мВ) (рис.11).

Это фаза быстрой деполяризации, обусловленная коротким значительным повышением проницаемости для Na+, который лавинообразно устремляется в клетку. Фаза быстрой деполяризации очень короткая и составляет всего 1 -2 мс.

Начальный вход Na+ быстро инактивируется, однако деполяризация мембраны продолжается за счет активации медленных натрий-кальциевых каналов, а вход Са2+ приводит к развитию плато ПД – это специфическая особенность клеток миокарда.

В этот период быстрые натриевые каналы инактивируются и клетка становится абсолютно невозбудима. Это фаза абсолютной рефрактерности. Одновременно происходит активация калиевых каналов, а выходящие из клетки ионы К+ создают фазу быстрой реполяризации мембраны.

Ускорение процесса реполяризации происходит за счет закрытия кальциевых каналов. В конце периода реполяризации постепенно закрываются калиевые каналы и реактивируются натриевые. Это приводит к восстановлению возбудимости кардиомиоцита и возникновению относительной рефрактерной фазы. Длительность ПД кардиомиоцита составляет 200–400 мс.

Калий-натриевый насос, создающий потенциал покоя или мембранный потенциал миокардиоцита, может быть инактивирован под действием сердечных гликозидов (препараты наперстянки, строфантина), которые приводят также к повышению внутриклеточной концентрации Na+, снижению интенсивности обмена внутриклеточного Са2+ на внеклеточный Na+, накоплению Са2+ в клетке.

В результате сократимость миокарда становится больше. Ее можно увеличить и за счет повышения внеклеточной концентрации Са2+ и с помощью веществ (адреналин, норадреналин), ускоряющих вход Са2+ во время ПД. Если удалить Са2+ из внешней среды или заблокировать вход Са2+ во время ПД с помощью таких веществ – антагонистов кальция, как верапамил, нифедипин и др.

, то сократимость сердца уменьшается.

Клетки проводящей системы сердца и, в частности, клетки пейсмекера, обладающие автоматией, в отличие от клеток рабочего миокарда-кардиомиоцитов могут спонтанно деполяризоваться до критического уровня.

В таких клетках за фазой реполяризации следует фаза медленной диастолической деполяризации (МДД), которая приводит к снижению МП до порогового уровня и возникновению ПД.

МДД – это местное, нераспространяющееся возбуждение, в отличие от ПД, который является распространяющимся возбуждением.

Таким образом, пейсмекерные клетки отличаются от кардиомиоцитов:

1. низким уровнем МП – около 50 – 70 мВ

2. наличием МДД

3. близкой к пикообразному потенциалу формой ПД,

4. низкой амплитудой ПД – 30 – 50 мВ без явления риверсии (овершута).

Особенности электрической активности пейсмекерных клеток обусловлены целым рядом процессов, происходящих на их мембране. Во-первых, эти клетки даже в условиях «покоя» имеют повышенную проницаемость для ионов Na+, что приводит к снижению МП.

Во-вторых, в период реполяризации на мембране открываются только медленные натрий-кальциевые каналы, так как быстрые натриевые каналы из-за низкого МП уже инактивированы.

В клетках синоатриального узла в период реполяризации быстро инактивируются открытые калиевые каналы, но повышается натриевая проницаемость, на фоне которой и возникает МДД, а затем и ПД. Потенциал действия синоатриального узла распространяется на все остальные отделы проводящей системы сердца.

Таким образом, синоатриальный узел навязывает всем «ведомым» отделам проводящей системы свой ритм. Если возбуждение но поступает от главного пейсмекера, то «латентные» водители ритма, т. е. клетки сердца, обладающие автоматией, берут на себя функцию нового пейсмекера, в них также зарождается МДД и ПД, а сердце продолжает свою работу.

Во время развития фаз ПД и сокращения сердечной мышцы меняется уровень ее возбудимости. Периоду быстрой реполяризации и плато, а также всему периоду сокращения сердечной мышцы соответствует фаза абсолютной рефрактерности (см. рис.

11), когда мышца абсолютно невозбудима и не отвечает даже па сверхпороговые раздражители. Ее длительность – 0,27 с. Концу периода реполяризации и фазе расслабления соответствует фаза относительной рефрактерности, когда возбудимость начинает восстанавливаться, но еще не достигла исходных значений.

В этот период лишь сверхпороговые стимулы могут вызвать сокращение мышцы сердца. Длительность относительной рефрактерной фазы – 0,03 с. В период восстановления МП и в конце расслабления сердечная мышца находится в состоянии повышенной, или супернормальной, возбудимости.

Эту фазу называют еще периодом экзальтации, когда сердечная мышца отвечает даже на подпороговые стимулы.

Рефрактерность обусловлена инактивацией быстрых натриевых каналов и соответствует развитию ПД, поэтому продолжительность рефрактерного периода, как правило, связана с длительностью ПД.

Местные анестетики, подавляя быстрые натриевые каналы и замедляя восстановление проницаемости после инактивации, вызывают удлинение рефрактерного периода, но не влияют на продолжительность ПД.

Поскольку очередное сокращение возможно только по окончании периода абсолютной рефрактерности предшествующего ПД, сердечная мышца, в отличие от скелетной, не отвечает на повторные раздражения, т. е.

она не способна к тетанусу.

Таким образом, длительная абсолютная рефрактерная фаза и короткая фаза супернормальной возбудимости сердечной мышцы исключают для нее состояние тетануса, которое бы мешало нагнетательной функции сердца, поэтому сердечная мышца работает в одиночном режиме.

Однако если повторное сверхпороговое раздражение нанести в фазу расслабления очередного сокращения, которое совпадает с периодом относительной рефрактерности, возникает внеочередное сокращение, или экстрасистола. В зависимости от того, где возникает новый, или «эктопический», очаг возбуждения, различают синусовую, предсердную и желудочковую экстрасистолы.

Желудочковая экстрасистола отличается следующей за ней более продолжительной, чем обычно, компенсаторной паузой. Она появляется в результате выпадения очередного нормального сокращения. При этом импульсы, возникшие в синоатриальном узле, поступают к миокарду желудочков, когда они еще находятся в состоянии абсолютной рефрактерной фазы экстрасистолы.

При синусовых и предсердных экстрасистолах компенсаторная пауза отсутствует.

Источник: https://www.rulit.me/books/normalnaya-fiziologiya-read-355754-48.html

Электрофизиологическая система сердца. Сердечный потенциал действия

Потенциал покоя и потенциал действия в нормальных предсердных и желудочковых клетках и в волокнах Пуркинье

По сути, сердце является электрическим органом.

Электрические сигналы, генерируемые сердцем, не только вызывают мышечное сокращение (за счет регулирования потока ионов кальция через мембрану сердечных клеток), но и организуют последовательность мышечного сокращения в каждом сердечном цикле, оптимизируя таким образом насосную функцию сердца.

Кроме того, что особенно соответствует теме данной книги, форма и продолжительность электрических сигналов сердца определяют сердечный ритм. Правильно функционирующая электрическая система жизненно важна для нормальной работы сердца.

Сердечные электрические импульсы генерируются в синоатриальном (СА) узле, находящемся в верхнем отделе правого предсердия около верхней полой вены. От СА-узла импульс радиально распространяется по обоим предсердиям.

Когда импульс достигает атриовентрикулярной (АВ) борозды, он наталкивается на фиброзный «скелет» сердца, отделяющий предсердия от желудочков. Фиброзный скелет электрически инертен, и поэтому останавливает электрические импульсы.

Единственным путем для прохождения импульса к желудочкам являются специализированные АВ-проводящие ткани — АВ-узел и система Гиса-Пуркинье.

Поскольку АВ-узел проводит электричество медленно, в продвижении электрического импульса, поступающего в него, происходит задержка, что отражается интервалом PQ на поверхностной электрокардиограмме (ЭКГ).

Из АВ-узла электрический импульс попадает в пучок Гиса — самую проксимальную часть быстро проводящей системы Гиса—Пуркинье.

Пучок Гиса проникает через фиброзный скелет сердца и проводит импульс на желудочковую сторону АВ-борозды.

По желудочкам электрический импульс следует по системе Гиса—Пуркинье, разделяющейся сначала на правую и левую ножки пучка Гиса, а затем на волокна Пуркинье. Волокна Пуркинье проводят импульс до самых отдаленных областей желудочкового миокарда. По этому пути импульс быстро распространяется по желудочкам.

Таким образом, электрическая система сердца организует последовательность сокращения миокарда в каждом сердечном цикле. Когда электрический импульс распространяется по предсердиям, они сокращаются.

За счет задержки импульса в АВ-узле предсердия полностью опорожняются до того момента, когда он достигнет желудочков.

Как только импульс покидает АВ-узел, он быстро распространяется в миокарде желудочков по волокнам Пуркинье, обеспечивая тем самым энергичное и упорядоченное их сокращение.

Электрограмма пучка Гиса (ЭПГ). Схема. А – глубокий потенциал правого предсердия; А'- высокий потенциал правого предсердия (HRA);

Н – потенциал пучка Гиса; V- потенциал желудочка.

Сердечный потенциал действия

Электрический импульс в сердце фактически складывается из тысяч маленьких электрических токов, генерируемых тысячами отдельных сердечных клеток.

Электрическая активность каждой клетки сердца описывается сердечным потенциалом действия. Потенциал действия — это сложное явление.

К счастью, те немногие сведения, которые нам нужно иметь о потенциале действия, довольно просты для понимания.

Внутри каждой живой клетки имеется отрицательный электрический заряд. Разность напряжения между обеими сторонами клеточной мембраны (в норме от —80 до —90 мВ) называется трансмембранным потенциалом и является результатом аккумуляции отрицательно заряженных молекул внутри клетки. Величина трансмембранного потенциала постоянна в течение всей жизни у большинства клеток.

Однако некоторые клетки, в частности сердечные, являются возбудимыми.

Когда возбудимые клетки определенным образом стимулируются, в клеточной мембране начинают в сложной последовательности открываться и закрываться множество крошечных каналов, что позволяет электрически заряженным частицам — ионам — перемещаться (также в сложной последовательности) через мембрану внутрь клетки и из нее.

Движение электрического тока через клеточную мембрану имеет весьма стереотипную форму и приводит к определенной последовательности изменений трансмембранного потенциала. Если эти стереотипные изменения напряжения изобразить на графике в зависимости от времени, получится сердечный потенциал действия.

Хотя потенциал действия сердца разделяется на 5 классических фаз (несколько нелогично обозначенных цифрами от 0 до 4), для более легкого понимания лучше обсуждать потенциал действия в соответствии с тремя основными фазами: деполяризации, реполяризации и фазы покоя.

– Также рекомендуем “Деполяризация миокарда. Реполяризация миокарда”

Оглавление темы “Проводящая система сердца”:
1. Электрофизиологическая система сердца. Сердечный потенциал действия
2. Деполяризация миокарда. Реполяризация миокарда
3. Фаза покоя миокарда. Местные различия иннервации сердца
4. Потенциал действия миокарда на ЭКГ. Механизмы сердечных тахиаритмий – автоматизм
5. Риентри. Механизмы формирования риентри
6. Каналопатии и триггерная активность. Автоматические суправентрикулярные тахиаритмии
7. Реципрокные суправентрикулярные тахиаритмии. АВ-узловая реципрокная тахикардия
8. Внутрипредсердный риентри. Трепетание и фибрилляция предсердий
9. Желудочковые тахиаритмии. Реципрокные желудочковые тахиаритмии
10. Паузозависимые триггерные аритмии. Экстренное лечение паузозависимой триггерной активности

Источник: https://meduniver.com/Medical/cardiologia/514.html

Потенциал покоя и потенциал действия в нормальных предсердных и желудочковых клетках и в волокнах Пуркинье

Потенциал покоя и потенциал действия в нормальных предсердных и желудочковых клетках и в волокнах Пуркинье

Нормальное регулярное сокращение сердца сопровождается циклическими изменениями мембранного потенциала миокардиальных клеток.

Применение внутриклеточных микроэлектродов позволяет прямо определить изменения мембранного потенциала; как было показано, при распространении возбуждения по сердцу они варьируют по амплитуде и развитию во времени [3].

Микроэлектродная техника включает введение тонкого стеклянного капилляра в клетку, что позволяет в течение длительного времени непосредственно регистрировать мембранный потенциал, т. е. разность потенциалов между внутриклеточной средой и внеклеточной жидкостью.

С помощью микроманипулятора микроэлектрод продвигается до тех пор, пока его кончик (обычно менее 1 мкм в диаметре) не пройдет через клеточную мембрану.

В тот момент, когда кончик микроэлектрода проходит с внешней поверхности клетки внутрь, внезапно регистрируется отрицательная разность потенциалов с учетом отношения к нейтральному электроду, помещенному во внеклеточную жидкость (рис. 3.1).

Микроэлектродные исследования обычно проводятся на изолированных пучках миокардиальных волокон, помещенных в камеру и перфузируемых теплым оксигенированным раствором. Потенциалы действия в таких препаратах могут быть вызваны посредством пропускания коротких импульсов тока через электроды, находящиеся на поверхности волокна (см. рис. 3.1). Однако в отсутствие вызванных потенциалов действия внутренняя часть большинства миокардиальных клеток (за исключением клеток синусового и атриовентрикулярного узлов, которые будут отдельно обсуждаться ниже) остается отрицательно заряженной (80—90 мВ) по отношению к внеклеточному пространству [3]. Этот трансмембранный потенциал, наблюдаемый при отсутствии электрического возбуждения, называется потенциалом покоя.

Рис. 3.1. Потенциал покоя и потенциал действия в сердечных клетках. Вверху — схематическое изображение клетки (кружок) и двух микроэлектродов.

Фрагмент А — оба микроэлектрода находятся во внеклеточном пространстве и разности потенциалов между ними нет; Б — кончик одного микроэлектрода введен в клетку, что позволяет регистрировать разность потенциалов между внутренним пространством клетки и внеклеточной средой; в данном случае это потенциал покоя, равный —90 мВ; В — фаза быстрой деполяризации потенциала действия, возникающая при возбуждении клетки, на пике потенциала действия клетка становится на +30 мВ более положительной по отношению к внешней среде; Г — конечная фаза реполяризации, во время которой мембранный потенциал возвращается к уровню покоя (фрагмент Д) [20].

Как и во многих других возбудимых клетках [4], потенциал покоя сердечных клеток определяется главным образом градиентом концентрации ионов калия относительно клеточной мембраны, тогда как быстрое изменение потенциала во время начала возбуждения зависит от градиента концентрации ионов натрия [5, 6]. Градиенты концентрации имеют противоположную направленность.

Внутриклеточная концентрация ионов калия, [К+] в примерно в 30 раз выше внеклеточной, [К+]о. Например, в волокнах Пуркинье [К+]i и [К+]о обычно составляют 140—150 мМ и 4—5 мМ соответственно [7].

Внутриклеточная концентрация ионов натрия, [Na+]i, напротив, значительно ниже внеклеточной, [Na+]о; в волокнах Пуркинье [Na+]i и [Na+]о равны 10 мМ и 150 мМ соответственно [8]. Во время существования каждого потенциала действия небольшое количество ионов натрия входит в клетку, а некоторое количество ионов калия выходит из нее.

Как мы увидим далее, нормальная электрическая активность клеток зависит от существования столь высоких градиентов для Na+ и К+, а длительное поддержание таких градиентов — от механизма активного ионного транспорта, называемого натриевым насосом.

Этот механизм хорошо изучен; известно, что насос является Мg2+-АТФазой (аденозинтрифосфатазой), находящейся в клеточной мембране, и что он использует энергию АТФ (аденозинтрифосфата) для перемещения ионов натрия за пределы клетки, а ионов калия — внутрь клетки.

Такое движение ионов, безусловно, сопряжено с дополнительным расходом энергии, поскольку оно естественно затруднено как для калия, так и для натрия (т. е. против соответствующих градиентов их электрохимического потенциала).

Однако потоки ионов, перемещающиеся (под действием насоса) в двух направлениях, по-видимому, не равновелики: на каждый перемещенный внутрь клетки ион калия приходится более одного иона натрия, выведенного за ее пределы [9]. Таким образом, натриевый насос обеспечивает четкое движение положительного заряда наружу или, иначе говоря, определенную направленность генерируемого тока через клеточную мембрану. Возникающий ток обычно очень мал, но при определенных условиях он может внести существенный вклад в изменение мембранного потенциала, что описано ниже.

Потенциал покоя

Рис. 3.2. Распределение ионов, способствующее потенциалу покоя.

Показаны типичные концентрации ионов внутри и вне клетки. В покое клеточная мембрана хорошо проницаема для ионов К+, но слабо проницаема для ионов Na+ и непроницаема для крупных анионов (А–). Проницаемость для Сl– также относительно низкая, и распределение ионов Сl– скорее всего определяется средней величиной мембранного потенциала.

Как уже упоминалось, величина потенциала покоя определяется главным образом градиентом концентрации ионов калия. Это связано с тем, что в покое клеточная мембрана относительно проницаема для ионов калия, но сравнительно непроницаема для других ионов, таких как натрий, кальций или хлор.

Ввиду существования градиента концентрации ионы калия стремятся диффундировать из клетки через мембрану.

Электронейтральность не может поддерживаться за счёт движения клеточных анионов наружу, так как эти анионы в основном являются большими поливалентными ионами (часто связанными с клеточными белками), для которых клеточная мембрана непроницаема [10].

Поэтому направленное кнаружи движение положительно заряженных ионов калия приводит к возникновению отрицательного заряда внутри клетки (рис. 3.2).

Если бы клеточная мембрана была проницаемой только для ионов калия, то последние продолжали бы диффундировать из клетки до тех пор, пока внутри нее не накопился бы достаточный отрицательный заряд и электростатическое притяжение не стало бы препятствовать дальнейшему четкому движению калия кнаружи.

В этом случае направленная внутрь сила электрического поля будет точно равной противоположно направленной (кнаружи) силе, связанной с градиентом концентрации, и ионы калия перестанут четко перемещаться кнаружи: алгебраическая сумма этих двух сил, называемая градиентом электрохимического потенциала, будет равной нулю. Внутриклеточный потенциал, при котором суммарный пассивный поток ионов калия равен нулю, называется потенциалом равновесия ионов калия (ЕK); его величина определяется из уравнения Нернста [3—5]:

где R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура, F — константа Фарадея, [К+]о и [ К+]i — внеклеточная и внутриклеточная концентрации соответственно (точнее говоря, вместо отношения концентраций используется отношение ионной активности, но эти два отношения практически одинаковы, если коэффициенты внутренней и внешней активности ионов калия близки по значению). Например, величина ЕK для волокна Пуркинье при 36 °С, когда [K+]о равна 4 мМ, а [К+]i — 150 мМ, составляет

ЕK= RT/F • ln(4/150) = —96,6 мВ.

Из уравнения Нернста видно, что ЕK изменится на 61,4 мВ при 10-кратном изменении либо [К+]о, либо [К+]i,. Если бы клеточная мембрана была проницаемой исключительно для К+, клетка вела бы себя точно так же, как калиевый электрод, и ее внутриклеточный потенциал менялся бы с изменением [К+]i и [К+]о в точном соответствии с уравнением Нернста.

Действительно, мембранный потенциал волокон Пуркинье в покое, а также миокардиальных волокон предсердий и желудочков логически хорошо аппроксимируется уравнением Нернста, когда [К+]о выше 10 мМ.

Однако при более низких величинах [К+]о потенциал покоя этих клеток менее отрицательный, чем калиевый потенциал равновесия, и данное расхождение увеличивается по мере уменьшения [К+]о [5, 11]. Например, потенциал покоя волокон Пуркинье в растворе, содержащем 4 мМ К+, на несколько милливольт менее отрицательный, чем Ек, оцененный выше.

Это объясняется тем, что клеточная мембрана не является проницаемой исключительно для K+, как предполагалось выше; через нее проникают также (хотя и значительно хуже) ионы Na+. Поскольку и электрический градиент, и градиент концентрации благоприятствуют движению Na+ внутрь, через клеточную мембрану протекает небольшой входящий деполяризующий поток ионов.

Деполяризация, вызываемая этим потоком Na+, пренебрежимо мала при высокой [К+]о и, следовательно, высокой проводимости мембраны для калия, но она становится значительной при низкой [К+]о, так как в этих условиях протекающие через мембрану потоки К+ также существенно уменьшаются.

Деполяризующее влияние Na+ удобнее всего обозначать терминами уравнения «постоянного поля» Гольдмана [12] или Ходжкина и Катца [13] для потенциала покоя (Vr) клетки, проницаемой как для К+, так и для Na+

где pna/pk — отношение коэффициентов проницаемости клеточной мембраны для натрия и для калия.

Данное уравнение, как было показано, позволяет достаточно точно рассчитать потенциалы покоя в волокнах скелетных мышц и в волокнах Пуркинье (миокард) в более широком диапазоне величин [К+]о, чем при расчетах по формуле Нернста, если pna/pk постоянно и составляет приблизительно 1/100.

Так как [К+]i в норме значительно больше, чем [Na+]i, в данном отношении коэффициентов проницаемости второй член в знаменателе достаточно мал и им можно пренебречь, что позвояет переписать уравнение следующим образом:

или, если принять [Na+]о равным 150 мМ, то

Из этого уравнения сразу видно, что потенциал покоя (Vr) близок к калиевому потенциалу равновесия (ЕK) только при [К+]о значительно большем, чем 1,5 мМ; при низких значениях [К+]о второй член в числителе начинает играть важную роль.

Например, при [К+]0, равном 1,5 мМ, Vr будет менее отрицательным, чем ЕK, на 61,4•log (3/1,5) = 61,4•log 2, или приблизительно на 18 мВ. Заметьте, что до сих пор обсуждение велось только в терминах относительной проницаемости мембраны для ионов натрия и калия без рассмотрения абсолютных величин коэффициентов проницаемости.

Как следует из уравнения Гольдмана, а также Ходжкина и Катца, потенциал покоя чувствителен к отношение проницаемости ионов, а не к самим величинам проницаемости.

Например, даже если проницаемость для ионов Na+ была бы очень значительной, потенциал покоя определялся бы главным образом градиентом концентрации ионов К+ до тех пор, пока проницаемость мембраны дляК+ оставалась бы гораздо выше, чем для Na+.

Каналы мембраны, через которые движутся ионы К+, создавая калиевые потоки, определяющие мембранный потенциал покоя, известны как направленные кнутри К-каналы. Объем калиевых потоков, проходящих по этим каналам, находится в четкой зависимости от величины и направления электрохимической движущей силы для K+, равной (Vm—ЕK), т. е.

разности мембранного потенциала (Vm) и калиевого потенциала равновесия (ЕK). Эти каналы называют «каналами, направленными внутрь», так как они позволяют прохождение направленных внутрь больших потоков К+ при высоких и отрицательных значениях Vm— ЕK, но обеспечивают лишь очень небольшие потоки K+, направленные кнаружи, когда движущая сила велика и положительна [10, 11, 36].

Изменения уровня потенциала покоя являются основной причиной аритмии и нарушений проведения, и мы уже могли видеть, как подобные изменения возникают при тех или иных патологических состояниях.

Например, заболевание сердца может привести к изменениям внутриклеточной и (или) внеклеточной концентрации ионов К+, что в свою очередь вызовет изменение мембранного потенциала покоя.

В других случаях характеристики клеточной мембраны могут изменяться таким образом, что относительная проницаемость мембраны для Na+ или других ионов (таких как Са2+, возрастет, в результате чего потенциал покоя также изменится. Ниже мы подробнее обсудим эти возможные варианты.



Источник: https://infopedia.su/12x90c3.html

2. Потенциал покоя и потенциал действия [1976 – – Физиология человека]

Потенциал покоя и потенциал действия в нормальных предсердных и желудочковых клетках и в волокнах Пуркинье

Между наружной поверхностью клетки и ее цитоплазмой в состоянии покоя существует разность потенциалов около 0,06-0,09 в, причем поверхность клетки заряжена электроположительно по отношению к цитоплазме.

Эту разность потенциалов называют потенциалом покоя или мембранным потенциалом.

Точное измерение потенциала покоя возможно только с помощью микроэлектродов, предназначенных для внутриклеточного отведения токов, очень мощных усилителей и чувствительных регистрирующих приборов – осциллографов.

Микроэлектрод (рис. 67, 69) представляет собой тонкий стеклянный капилляр, кончик которого имеет диаметр около 1 мкм. Этот капилляр заполняют солевым раствором, погружают в него металлический электрод и соединяют с усилителем и осциллографом (рис. 68).

Как только микроэлектрод прокалывает покрывающую клетку мембрану, луч осциллографа отклоняется вниз из своего исходного положения и устанавливается на новом уровне.

Это свидетельствует о наличии разности потенциалов между наружной и внутренней поверхностью клеточной мембраны.

Рис. 67. Стеклянные микроэлектроды: А – одноканальный; Б – двухканальный; справа- кончик микроэлектрода около тела нейрона Рис. 68. Измерение электрической активности мышечного волокна (А) с помощью микроэлектрода (схема): М – микроэлектрод; И – индифферентный электрод. Луч на экране осциллографа (Б) показывает, что до прокола микроэлектродом мембраны разность потенциалов между М и И была равна нулю. В момент прокола (показан стрелкой) обнаружена разность потенциалов, указывающая, что внутренняя сторона мембраны заряжена электроотрицательно по отношению к ее наружной поверхности

Наиболее полно происхождение потенциала покоя объясняет так называемая мембранно-ионная теория. Согласно этой теории все клетки покрыты мембраной, имеющей неодинаковую проницаемость для различных ионов.

В связи с этим внутри клетки в цитоплазме в 30-50 раз больше ионов калия, в 8-10 раз меньше ионов натрия и в 50 раз меньше ионов хлора, чем на поверхности. В состоянии покоя клеточная мембрана более проницаема для ионов калия, чем для ионов натрия.

Диффузия положительно заряженных ионов калия из цитоплазмы на поверхность клетки придает наружной поверхности мембраны положительный заряд.

Таким образом, поверхность клетки в покое несет на себе положительный заряд, тогда как внутренняя сторона мембраны оказывается заряженной отрицательно за счет ионов хлора, аминокислот и других крупных органических анионов, которые через мембрану практически не проникают (рис. 70).

Потенциал действия

Если участок нервного или мышечного волокна подвергнуть действию достаточно сильного раздражителя, то в этом участке возникает возбуждение, проявляющееся в быстром колебании мембранного потенциала и называемое потенциалом действия.

Потенциал действия можно зарегистрировать либо с помощью электродов, приложенных к внешней поверхности волокна (внеклеточное отведение), либо микроэлектрода, введенного в цитоплазму (внутриклеточное отведение).

При внеклеточном отведении можно обнаружить, что поверхность возбужденного участка на очень короткий период, измеряемый тысячными долями секунды, становится заряженной электроотрицательно по отношению к покоящемуся участку.

Рис. 69. Манипулятор (А) и микроэлектрод (Б) на голове кролика Рис. 70. Схема неповрежденного поляризованного нервного волокна

Причина возникновения потенциала действия – изменение ионной проницаемости мембраны. При раздражении проницаемость клеточной мембраны для ионов натрия повышается.

Ионы натрия стремятся внутрь клетки, так как, во-первых, они заряжены положительно и их влекут внутрь электростатические силы, во-вторых, концентрация их внутри клетки невелика. В покое клеточная мембрана была малопроницаемой для ионов натрия.

Раздражение изменило проницаемость мембраны, и поток положительно заряженных ионов натрия из внешней среды клетки в цитоплазму значительно превышает поток ионов калия из клетки наружу.

В результате внутренняя поверхность мембраны становится заряженной положительно, а наружная вследствие потери положительно заряженных ионов натрия отрицательно. В этот момент и регистрируется пик потенциала действия.

Повышение проницаемости мембраны для ионов натрия продолжается очень короткое время. Вслед за этим в клетке возникают восстановительные процессы, приводящие к тому, что проницаемость мембраны для ионов натрия вновь понижается, а для ионов калия возрастает. Поскольку ионы калия также заряжены положительно, то, выходя из клетки, они восстанавливают исходные отношения снаружи и внутри клетки.

Накопления ионов натрия внутри клетки при многократном возбуждении ее не происходит потому, что ионы натрия эвакуируются из нее постоянно за счет действия специального биохимического механизма, называемого “натриевым насосом”. Есть данные и об активном транспорте ионов калия с помощью “натрий-калиевого насоса”.

Таким образом, согласно мембранно-ионной теории в происхождении биоэлектрических явлений решающее значение имеет избирательная проницаемость клеточной мембраны, обусловливающая разный ионный состав на поверхности и внутри клетки, а следовательно, и разный заряд этих поверхностей. Следует заметить, что многие положения мембранно-ионной теории все еще дискуссионны и нуждаются в дальнейшей разработке.

Удаленное администрирование серверов смотрите на www.bitrostov.ru.

Источник: http://www.sohmet.ru/books/item/f00/s00/z0000030/st043.shtml

Books-med
Добавить комментарий