Toimintapotentiaali ja ionikaNavat

Sydämen toimintapotentiaali on sydänsolun sähköistä aktiivisuutta merkitsevä ohimenevä kalvojännitteen muutos, jonka tuottavat natriumille, kalsiumille ja kaliumille selektiivisten ionikaNavien avautuminen ja sulkeutuminen. Sydämen toimintapotentiaalin tunnusomainen pitkä tasannevaihe, jonka määrää sisäänpäin ja ulospäin suuntautuvien virtojen tasapaino, erottaa sydänsolut hermosoluista ja on perusta sydämen pitkittyneelle refraktaarisuudelle.

Definition

Sydämen toimintapotentiaali on stereotypinen, regeneratiivinen transmembraanipotentiaalin muutos, jonka tuottaa ionien aika- ja jänniteriippuvainen virtaus selektiivisten kanavien kautta ja joka levittää virityksen sydänkudokseen; ionikaNavat ovat kalvoproteiineja, joiden kytketty läpäisevyys tietyille ioneille tuottaa nämä virrat.

Scope

Tämä merkintä käsittää sydämen toimintapotentiaalin vaiheet, sen muodon määrittävät tärkeimmät ionivirrat ja -kanavat, refraktaarisuuden käsitteen sekä sen, miten toimintapotentiaaliominaisuudet eroavat sydämen eri solutyyppien välillä. Aihetta käsitellään fysiologisesta näkökulmasta, ei kliinisenä ohjeena rytmihäiriöistä tai lääkevaikutuksista.

Core questions

• Mitkä ovat sydämen toimintapotentiaalin vaiheet?
• Mitkä ionivirrat muovaavat depolarisoitumista, tasannevaihetta ja repolarisoitumista?
• Miksi sydämen toimintapotentiaali on niin paljon pidempi kuin hermon toimintapotentiaali?
• Mitä refraktaarisuus tarkoittaa ja miksi se on tärkeää?

Key concepts

• Lepokalvopotentiaali
• Depolarisoituminen (vaihe 0)
• Tasannevaihe
• Repolarisoituminen
• Natrium-, kalsium- ja kaliumvirrat
• Jännitteestä riippuvat ionikaNavat
• Absoluuttinen ja suhteellinen refraktaarijakso
• Kynnys ja kaikki tai ei mitään -vaste

Key theories

Ioninen (Hodgkin–Huxley) viritettävyysteoria

Toimintapotentiaali selitetään yksittäisten ionien jännite- ja aikariippuvaisina kalvojohtavuuden muutoksina; alun perin hermoa varten kehitetty kvantitatiivinen viitekehys tarjoaa perustan sydämen toimintapotentiaalien kuvaamiselle erillisten ionivirtojen summana.

Mechanisms

Toimiva kammiolihassolu noudattaa tavanomaisesti jaottelua, jossa toimintapotentiaali jaetaan vaiheisiin. Nopea depolarisoituminen (vaihe 0) tapahtuu kynnyksen ylityttyä, kun suuri ja nopea sisäänpäin suuntautuva natriumvirta aktivoituu. Lyhyt varhainen repolarisoituminen (vaihe 1) heijastaa ohimenevää ulospäin suuntautuvaa kaliumvirtaa. Tasannevaihe (vaihe 2), sydänsolujen tunnusmerkki, syntyy kestävän sisäänpäin suuntautuvan L-tyypin kalsiumvirran ja ulospäin suuntautuvien kaliumvirtojen tasapainosta pidentäen toimintapotentiaalia. Repolarisoituminen (vaihe 3) seuraa, kun kaliumvirrat voittavat ja kalsiumvirta heikkenee, palauttaen membraanin kohti lepomahdollisuutta (vaihe 4), jota stabiloi sisäänpäin suuntautuva rektifioiva kaliumvirta. Koska natriumkanavat toipuvat inaktivaatiosta vasta repolarisoitumisen jälkeen, solu on refraktaari suurimman osan toimintapotentiaalin ajan, mikä estää ennenaikaisen virittymisen uudelleen ja tetanuksen; taustalla olevien kanavien molekulaariset identiteetit ja kinetiikat määräävät repolarisoitumisen ja refraktaarisuuden.

Clinical relevance

Toimintapotentiaalin muoto ja sen tuottavat kanavat muodostavat fysiologisen perustan repolarisoitumispoikkeavuuksien ja ionivirtoihin vaikuttavien aineiden toiminnan ymmärtämiselle. Tämä merkintä kuvaa normaalia soluelektrofysiologiaa ja on opetuksellista taustatietoa, ei perusta yksilölliselle diagnostiikalle tai hoidolle.

History

Käsitteellisen perustan loi Hodgkin–Huxley-kuvaus hermon toimintapotentiaalista vuonna 1952, jossa viritys ilmaistiin jännite- ja aikariippuvaisina ionijohtavuuksina. Nämä periaatteet sovellettiin myöhemmin sydänsoluihin, joissa pitkä tasannevaihe ja rikkaampi ionivirtojen joukko karakterisoitiin, ja molekylaariset kloonaukset lopulta yhdistivät tietyt kanavaproteiinit kuhunkin sydämen repolarisoitumista muovaavaan virtaan.

Key figures

• Alan Hodgkin
• Andrew Huxley
• Jeanne Nerbonne
• Robert Kass
• Denis Noble

Seminal works

• hodgkin-huxley-1952
• nerbonne-kass-2005

Frequently asked questions

Miksi sydämen toimintapotentiaalilla on tasannevaihe?

Tasannevaihe heijastaa kestävää tasapainoa sisäänpäin suuntautuvan kalsiumvirran ja ulospäin suuntautuvien kaliumvirtojen välillä, mikä pidentää depolarisoitumista huomattavasti hermon toimintapotentiaalia pidemmäksi ja osaltaan muodostaa sydämen pitkän refraktaarijakson.

Mitä refraktaarisuus merkitsee?

Refraktaarijakson aikana solu ei voi virittyä uudelleen, koska natriumkanavat eivät ole vielä toipuneet inaktivaatiosta; tämä estää ennenaikaiset lyönnit ja sydänlihaksen jatkuvan tetanuksen.