Potencjał czynnościowy i kanały jonowe

Sercowy potencjał czynnościowy to przejściowa zmiana napięcia błonowego sygnalizująca aktywność elektryczną komórki serca, wynikająca z otwierania i zamykania kanałów jonowych selektywnych dla sodu, wapnia i potasu. Charakterystyczne długie plateau sercowego potencjału czynnościowego, kształtowane przez równowagę prądów dośrodkowych i odśrodkowych, odróżnia komórki serca od komórek nerwowych i leży u podstaw przedłużonej refrakcji serca.

Definition

Sercowy potencjał czynnościowy to stereotypowa, regeneratywna zmiana potencjału przezbłonowego, generowana przez zależny od czasu i napięcia przepływ jonów przez selektywne kanały, która propaguje pobudzenie przez tkankę sercową; kanały jonowe to białka błonowe, których bramkowana przepuszczalność dla określonych jonów wytwarza te prądy.

Scope

Niniejszy artykuł omawia fazy sercowego potencjału czynnościowego, główne prądy jonowe i kanały nadające mu kształt, pojęcie refrakcji, a także różnice we właściwościach potencjału czynnościowego między poszczególnymi typami komórek serca. Zagadnienia te są traktowane jako tematy fizjologiczne, a nie jako wskazówki kliniczne dotyczące arytmii czy działania leków.

Core questions

• Jakie są fazy sercowego potencjału czynnościowego?
• Które prądy jonowe kształtują depolaryzację, plateau i repolaryzację?
• Dlaczego sercowy potencjał czynnościowy jest znacznie dłuższy niż nerwowy?
• Czym jest refrakcja i dlaczego ma znaczenie?

Key concepts

• Spoczynkowy potencjał błonowy
• Depolaryzacja (faza 0)
• Faza plateau
• Repolaryzacja
• Prądy sodowe, wapniowe i potasowe
• Bramkowane napięciowo kanały jonowe
• Bezwzględny i względny okres refrakcji
• Próg i odpowiedź na zasadzie »wszystko albo nic«

Key theories

Jonowa teoria pobudliwości (Hodgkina-Huxleya)

Potencjał czynnościowy jest wyjaśniany przez zależne od napięcia i czasu zmiany przewodności błonowej dla poszczególnych jonów; ta ilościowa rama, pierwotnie wyprowadzona dla nerwu, stanowi podstawę opisu sercowych potencjałów czynnościowych jako sumy odrębnych prądów jonowych.

Mechanisms

W roboczym miocycie komory potencjał czynnościowy dzieli się umownie na fazy. Szybka depolaryzacja (faza 0) jest napędzana przez duży, szybki dośrodkowy prąd sodowy po przekroczeniu progu. Krótka wczesna repolaryzacja (faza 1) odzwierciedla przejściowy odśrodkowy prąd potasowy. Plateau (faza 2), charakterystyczny wyróżnik komórek sercowych, wynika z równowagi między podtrzymanym dośrodkowym prądem wapniowym typu L a odśrodkowymi prądami potasowymi, wydłużając potencjał czynnościowy. Repolaryzacja (faza 3) następuje w miarę przewagi prądów potasowych i zmniejszania się prądu wapniowego, przywracając błonę do potencjału spoczynkowego (faza 4), stabilizowanego przez prostujący dośrodkowo prąd potasowy. Ponieważ kanały sodowe wychodzą z inaktywacji dopiero po repolaryzacji, komórka pozostaje w stanie refrakcji przez większą część potencjału czynnościowego, zapobiegając przedwczesnemu ponownemu pobudzeniu i tężcowi; tożsamość molekularna i kinetyka leżących u podstaw kanałów determinują repolaryzację i refrakcję.

Clinical relevance

Kształt potencjału czynnościowego i kanały go wytwarzające stanowią fizjologiczną podstawę rozumienia nieprawidłowości repolaryzacji oraz działania substancji modyfikujących prądy jonowe. Niniejszy artykuł opisuje prawidłową elektrofizjologię komórkową i stanowi materiał edukacyjny, a nie podstawę do indywidualnej diagnostyki ani leczenia.

History

Konceptualna podstawa opierała się na opisie Hodgkina-Huxleya potencjału czynnościowego nerwu z 1952 roku, który ujmował pobudzenie jako zależne od napięcia i czasu przewodnictwa jonowe. Zasady te zostały następnie zastosowane do komórek sercowych, w których scharakteryzowano długie plateau i bogatszy zestaw prądów jonowych, a klonowanie molekularne pozwoliło ostatecznie powiązać konkretne białka kanałowe z każdym prądem kształtującym repolaryzację sercową.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Dlaczego sercowy potencjał czynnościowy ma plateau?

Plateau odzwierciedla utrzymującą się równowagę między dośrodkowym prądem wapniowym a odśrodkowymi prądami potasowymi, co przedłuża depolaryzację znacznie powyżej czasu trwania nerwowego potencjału czynnościowego i przyczynia się do długiego okresu refrakcji serca.

Jaką funkcję pełni refrakcja?

W okresie refrakcji komórka nie może być ponownie pobudzona, ponieważ kanały sodowe nie wyszły jeszcze z inaktywacji, co zapobiega przedwczesnym pobudzeniom i przedłużonemu skurczowi tężcowemu mięśnia sercowego.