Нормално и абнормна електрическа активност на сърдечните клетки - сърдечна аритмия (1)

ГЛАВА 3. Нормална и абнормна електрическа активност на сърдечните клетки

DK Gedsbi и EL Wit (D. В. Gadsby и A. L. Wit)

аритмията Понятието включва всяка аномалия честота, регулярност, или място на произход на възбуждане, както и разстройства на импулси, като промяна в нормалната последователност на активиране на предсърдията и вентрикули [1]. По този начин, аритмия е резултат от възникването на анормален възбуждане и (или) на [2]. Тези отклонения могат да се дължат на малки промени във функционирането на механизмите, които обясняват получаването на нормален трансмембранен потенциал действие. От друга страна, те могат да бъдат причинени от по-съществени промени, което води до появата на електрическа активност с характеристики съвсем различни от нормата.
Както е дискутирано по-нататък, сърдечна аритмия и на промените може да се дължи на редица различни патологии. В крайна сметка, обаче, всички аритмии и аномалии са резултат от критични промени в електрическата активност на миокардните клетки. В тази глава ще разгледаме механизмите на нормалната дейност на сърдечни клетки, а след това се покаже как болестта може да се промени тази дейност до появата на аритмии. Лечение на специфични видове аритмии като суправентрикуларна тахикардия, вентрикулярна фибрилация и исхемична аритмия, разгледани подробно в други глави.

Почивка потенциал и потенциала на действие при нормални атриални и вентрикуларни клетки и Purkinje влакна

Средна редовното свиване на сърцето е придружен от цикличните промени в мембранния потенциал на миокардните клетки. Използването на вътреклетъчни микроелектроди позволява директно определяне на промени в мембранния potentsiala- както е показано, за разпределяне на възбуждане на сърцето те се различават по амплитуда с времето и развитие [3]. Микроелектродите техника включва прилагане на тънък стъклен капилярен в клетката, което позволява за дълго време за запис на мембранния потенциал директно, т.е.. Е. потенциалната разлика между вътреклетъчната среда и екстрацелуларната течност. Използване на микроманипулаторите движи микроелектрода нагоре, докато върхът му (обикновено по-малко от 1 микрон в диаметър), няма да преминават през клетъчната мембрана. В момента, когато върхът на микроелектрода простира от външната повърхност на клетката изведнъж регистрира отрицателна потенциална разлика в зависимост от съотношението на неутрален електрод се поставя в извънклетъчната течност (фиг. 3.1). проучвания микроелектрода обикновено се провеждат в отделни пакети от миокардни влакна се поставят в камерата и перфузирани с топли окислен разтвор. Потенциали на действие в такива формулировки могат да бъдат причинени от късо импулси преминаващи през електродите, разположени на повърхността на влакното (вж. Фиг. 3.1). Въпреки това, в отсъствието на потенциали на действие, причинени от вътрешната част на повечето миокардни клетки (с изключение на синусите и атриовентрикуларен възел клетки, които ще бъдат разгледани поотделно по-долу) е отрицателно заредени (80- 90 тУ) по отношение на извънклетъчното пространство [3]. Това трансмембранния потенциал наблюдава при липса на електрическо възбуждане се нарича потенциала на покой.

Фиг. 3.1. Почивка потенциал и потенциал на действие в сърдечните клетки. Над - схематично изображение на клетките (кръгче) и две микроелектроди. Фрагмент А - два микроелектрода са в извънклетъчното пространство и потенциалната разлика между нетната-B - върхът на микроелектрода въвежда в клетката, което позволява откриване на потенциалната разлика между вътрешността на клетките и извънклетъчния sredoy- в този случай покой потенциал равна на -90 мВ Б - бързо деполяризация фаза на потенциал на действие, която възниква по време на възбуждане kletki`, на върха на потенциала на действие в клетката става повече от + 30 тУ положително по отношение на външната средата на Т - крайната фаза на реполяризация поляризация, през който мембранния потенциал връща към ниво на покой (фрагмент D) [20].

Както и в много други възбудими клетки [4], потенциала на сърдечни клетки се определя главно от мир градиент на концентрация на калиеви йони в сравнение с клетъчната мембрана, като бързата промяна в потенциала в началото на възбуждане зависи от градиента на концентрация на натриеви йони [5, 6]. концентрационни градиенти имат обратна полярност. На вътреклетъчната концентрация на калиев йон [К +] в около 30 пъти по-висока от извънклетъчния [К +] о. Например, в Purkinje влакна [К +] и и [К +] обикновено около 140-150 тМ и 4-5 тМ, съответно [7]. вътреклетъчната концентрация на натриев йон, [Na +] и, от друга страна, е много по-нисък извънклетъчен, [Na +] в Purkinje влакна о- [Na +] и и [Na +] равно на около 10 тМ и 150 тМ, съответно [8]. По време на съществуването на всяко действие потенциал малко количество натриеви йони включена в клетката, и определено количество калиев йон идва от него. Както ще видим, нормалната клетъчна активност електрически зависи от наличието на такова високо градиент за Na + и К +, и продължително поддържане на градиенти - наречени механизъм натриев помпа на активното йонен транспорт. Този механизъм е добре проучен известно, че помпата е Mg2 + -ATPase (ATPase), разположени в клетъчната мембрана, и че той използва енергията на АТР (аденозин трифосфат), за да се движат натриеви йони извън йони клетки и калий - в клетката. Такова движение на йони сигурност включва допълнителна консумация на енергия, тъй като тя е естествено трудно както за калий и натрий в (т. Е. срещу техните съответни градиенти електрохимичен потенциал). Въпреки това, йонни потоци, се движи (с помпа) в две посоки, очевидно не е равна площ: всеки калиев йон се премества в клетката за повече от натриев йон екскретира извън [9]. По този начин, натриев помпата гарантира точно движение навън или положителен заряд, с други думи, определена посока на произведения ток през клетъчната мембрана. Полученият ток обикновено е много малка, но при определени условия тя може да направи значителен принос за промяната на мембранния потенциал, както е описано по-долу.

потенциала на покой

Фиг. 3.2. Разпределението на йони, които допринасят за потенциала за почивка.
Показва типична концентрация йон в и извън клетката. В покой, клетъчната мембрана е пропусклива за добре К + йони, но слабо пропускливи за Na + йони и непропусклив за големи аниони (A-). Пропускливостта на СГ е относително ниска, и разпределението на Cl- йони е вероятно определя от средната стойност на потенциала на мембрана.

Както вече бе споменато, стойността на потенциала на покой се определя главно от градиента на концентрация на калиеви йони. Това се дължи на факта, че при относителна почивка на клетъчната мембрана пропусклива за калиеви йони, но относително непроницаем за други йони, такива като натриев, калциев или хлоро. Поради наличието на градиент на концентрация на калиеви йони са склонни да дифундира извън клетката през мембраната. Електронеутралност не може да се поддържа поради движение на клетъчни аниони Външно, като тези аниони са по същество големи поливалентни йони (често свързани с клетъчни протеини), за които клетъчната непропусклива мембрана [10]. Следователно навън насочено движение на положително заредени калиеви йони води до отрицателен заряд вътре в клетките (Фиг. 3.2). Ако клетъчната мембрана е пропусклива само за калиеви йони, последният ще продължи да се разпространи извън килията, докато вътре в нея няма да се натрупват достатъчно отрицателен заряд и електростатично привличане няма да предотврати по-нататъшното движение навън калиев ясно. В този случай навътре сила на електрическото поле ще бъде точно равен на противоположно насочено (навън) сила, свързана с градиент на концентрацията и калиеви йони са вече не ясно се движат навън: алгебрична сумата на тези две сили, наречен електрохимичен потенциал градиент, ще бъде нула. Вътреклетъчно потенциал при който общото пасивен поток на калиеви йони е нула, се нарича равновесно потенциал на калиеви йони (за ЕО) - се определя от уравнението Нернст [3-5]:

където R - газ константа T - абсолютна температура, F - константа [К +] о Фарадей и [К +] I - извънклетъчен и вътреклетъчната концентрация, съответно (по-точно .govorya вместо съотношение концентрация се използва съотношението на йон активност, но двете отношения са практически идентични, ако коефициентите на вътрешните и външните активност калиеви йони са близки по стойност). Например, стойността ЕО за Purkinje влакна при 36 ° С, когато [К +] се равнява на около 4 тМ и [К +] I - 150 тМ, е

ЕО = RT / F • Въ (4/150) = -96,6 СрН.

От уравнението Нернст показва, че ЕК променя до 61.4 тУ когато 10-кратна промяна на или [К +] о, или [К +] I,. Ако клетъчната мембрана е пропусклива само на К +, клетката би се прояви по същия начин като калиев електрод и неговия вътреклетъчен потенциал ще варират с промени в [К +] и и [К +] на в строго съответствие с уравнението Нернст. Всъщност, потенциала на мембрана в самостоятелно Purkinje влакна, и предсърдията на миокарда влакна и вентрикули логично добре приблизително от уравнението Нернст, където [К +] по-висока от 10 тМ. Въпреки това, при по-ниски стойности на [К +] на потенциала покой на клетките е по-малко от отрицателен потенциал калиев равновесие, и това отклонение се увеличава като [К +] о [5, 11]. Например, потенциалът на влакна на Purkinje на почивка в разтвор, съдържащ 4 тМ К +, няколко миливолта по-малко отрицателни от Ek, оценен по-горе. Това се дължи на факта, че клетъчната мембрана не е пропусклива само К +, както се очаква по-горе през него и да проникне (въпреки че много лошо) йони Na ​​+. Тъй като и електрически градиент и градиента на концентрация е благоприятно Na4` активно движение, тя преминава през клетъчната мембрана деполяризиращ малка входяща йонен поток. В деполяризация, причинени от този поток на Na +, е незначителна при висока [К +] о и следователно високо проводими мембрани за калий, но става значително при ниска [К +] о, тъй като при тези условия, протичащи през мембраната потоци К + и значително намалена.
Деполяризиращите ефект на Na + най-удобно се нарича уравнение "DC поле" Goldman [12] или лимфоми и Катц [13] към останалата потенциал (VR) клетките пропускливи за К + и Na + за

където PNA / п.к. - съотношението на коефициента пропускливост на клетъчната мембрана за натрий и калий. Това уравнение, както е показано, позволява достатъчно точно изчисляване на потенциала на почивка в влакната на скелетната мускулатура и Purkinje влакна (миокарда) в широк диапазон от стойности на [К +] о, от формулата за изчисление на Нернст ако PNA / п.к. е постоянна и е приблизително 1/100. Тъй [К +] и обикновено много по-голям от [Na +] и, в тази връзка, коефициентите на пропускливост в знаменателя на втория срок е достатъчно малки и могат да бъдат пренебрегнати, че pozvoyaet презапис уравнението както следва:

или, ако се приеме, [Na +] равно на около 150 тМ, след това

От това уравнение, ние виждаме веднага, че потенциалът покой (VR) е близо до калиев равновесие потенциал (ЕК) само когато [К +] на значително по-голяма от 1,5 мм- при ниска [К +] на втория срок на числителя започва възпроизвеждането важна роля. Например, при [К +] 0 от 1.5 тМ, Vr е по-малко негативно от ЕК при 61,4 • логаритмична (3 / 1,5) = 61,4 • логаритмична 2, или приблизително 18 тУ. Имайте предвид, че досега, дискусията извършва само по отношение на относителната проницаемост на мембрани за натриеви и калиеви йони без оглед на абсолютните стойности на пропускливост коефициенти. Както следва от уравнение Goldmann и лимфом и Katz, почивка потенциал е чувствителен към съотношението на пропускливостта на йони, а не на стойностите на пропускливост. Например, дори ако пропускливостта на Na + йони ще бъде много голям потенциал на покой ще се определя предимно концентрация градиент на К + йони, докато пропускливостта на мембраната K + ще остане много по-висока, отколкото за Na +. Каналите на мембраната чрез които се движат йони К +, създавайки калиеви потоци, определящи покой потенциал мембрана са известни като е насочена навътре К канали. Обемът на калиеви потоци, преминаващи през тези канали, има ясна зависимост от големината и посоката на електрохимичната движеща сила за К +, равна на (VM-ЕК), т. Е. Разликата в мембранния потенциал (VM) и калиев равновесие потенциал (ЕК). Тези канали са наречени "канали, навътре насочени", тъй като те позволяват преминаването на насочени навътре големи потоци на К + високо и отрицателни стойности Vm - ЕК, но осигуряват само много малък поток от К +, насочени навън, когато движещата сила е висока и положителен [10, 11, 36].
Промени в нивото на изграждане на мира са основната причина за аритмия и нарушения на поведение, и можехме да видим как тези промени се случват в рамките на някои патологични състояния. Например, сърдечно заболяване може да доведе до промени в вътреклетъчно и (или) извънклетъчна концентрация на К + йони, което от своя страна ще доведе до промяна в потенциала на покой на мембраната. В други случаи, характеристиките на клетъчната мембрана могат да варират така, че относителната проницаемост на мембраната Na + или други йони (такива като Са2 +, за да се увеличи, като също останалите потенциалната промяна. По-долу обсъждане подробности за тези опции.