Aksjonspotensial og ionekanaler

Det kardiale aksjonspotensialet er den forbigående endringen i membranvoltage som signaliserer en hjertecelles elektriske aktivitet, og som produseres av åpning og lukking av ionekanaler selektive for natrium, kalsium og kalium. Den karakteristiske lange platåfasen til det kardiale aksjonspotensialet – bestemt av en balanse mellom inngående og utgående strømmer – skiller hjertemuskelceller fra nerveceller og ligger til grunn for hjertets forlengede refraktæritet.

Definition

Et kardialt aksjonspotensial er en stereotyp, regenerativ endring i transmembranpotensialet, generert av tids- og voltasjenavhengig ionflyt gjennom selektive kanaler, som forplanter eksitasjon gjennom hjertemuskulaturen; ionekanaler er membranproteinene hvis portede permeabilitet for spesifikke ioner produserer disse strømmene.

Scope

Dette oppslaget dekker fasene i det kardiale aksjonspotensialet, de viktigste ionestrømmene og kanalene som former det, begrepet refraktæritet og hvordan aksjonspotensialegenskaper varierer mellom celletyper i hjertet. Disse behandles som fysiologiske temaer, ikke som klinisk veiledning om arytmier eller legemiddeleffekter.

Core questions

• Hva er fasene i det kardiale aksjonspotensialet?
• Hvilke ionestrømmer former depolarisering, platåfasen og repolarisering?
• Hvorfor er det kardiale aksjonspotensialet så mye lengre enn et nerveaksjonspotensial?
• Hva er refraktæritet, og hvorfor er det viktig?

Key concepts

• Hvilemembranpotensial
• Depolarisering (fase 0)
• Platåfasen
• Repolarisering
• Natrium-, kalsium- og kaliumstrømmer
• Voltasjegatede ionekanaler
• Absolutt og relativ refraktærperiode
• Terskel og alt-eller-intet-respons

Key theories

Ionteorien (Hodgkin-Huxley) for eksitabilitet

Aksjonspotensialet forklares av voltage- og tidsavhengige endringer i membranledningsevnen for individuelle ioner; dette kvantitative rammeverket, opprinnelig utledet for nerveceller, danner grunnlaget for å beskrive kardiale aksjonspotensiaer som summen av distinkte ionestrømmer.

Mechanisms

I en fungerende ventrikulær myocytt er aksjonspotensialet konvensjonelt inndelt i faser. Rask depolarisering (fase 0) drives av en stor, rask inngående natriumstrøm når terskelen er nådd. En kortvarig tidlig repolarisering (fase 1) gjenspeiler en forbigående utgående kaliumstrøm. Platåfasen (fase 2), et kjennetegn for hjertemuskelceller, skyldes en balanse mellom vedvarende inngående L-type kalsiumstrøm og utgående kaliumstrømmer, noe som forlenger aksjonspotensialet. Repolarisering (fase 3) skjer etter hvert som kaliumstrømmene dominerer og kalsiumstrømmen avtar, og membranpotensialet vender tilbake mot hvilepotensial (fase 4), som stabiliseres av innadrettifikator-kaliumstrøm. Fordi natriumkanaler kun restituerer seg fra inaktivering etter repolarisering, er cellen refraktær gjennom det meste av aksjonspotensialet, noe som hindrer prematur re-eksitasjon og tetanus; de molekylære identitetene og kinetikken til de underliggende kanalene bestemmer repolarisering og refraktæritet.

Clinical relevance

Aksjonspotensialets form og kanalene som produserer det, utgjør det fysiologiske grunnlaget for forståelsen av repolariseringsavvik og virkningsmekanismene til midler som modifiserer ionestrømmer. Dette oppslaget beskriver normal celleelektrofysiologi og er faglig bakgrunnsinformasjon, ikke et grunnlag for individuell diagnostisering eller behandling.

History

Det konseptuelle grunnlaget var Hodgkin-Huxleys beskrivelse av nerveaksjonspotensialet i 1952, som uttrykte eksitasjon som voltage- og tidsavhengige ioneledningsevner. Disse prinsippene ble senere anvendt på hjertemuskelceller, der det lange platået og et rikere sett av ionestrømmer ble karakterisert, og molekylærkloning koblet til slutt spesifikke kanalproteiner til hver strøm som former kardial repolarisering.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Hvorfor har det kardiale aksjonspotensialet en platåfase?

Platåfasen gjenspeiler en vedvarende balanse mellom inngående kalsiumstrøm og utgående kaliumstrømmer, noe som forlenger depolariseringen langt utover et nerveaksjonspotensial og bidrar til hjertets lange refraktærperiode.

Hva gjør refraktærtiden?

I løpet av refraktærperioden kan cellen ikke re-eksiteres fordi natriumkanalene ennå ikke har restituert seg fra inaktivering, noe som hindrer premature slag og vedvarende tetanisk sammentrekning av hjertemuskulaturen.