Điện thế hoạt động và Kênh ion

Điện thế hoạt động của tim là sự thay đổi thoáng qua về điện thế màng, báo hiệu hoạt động điện của tế bào tim, được tạo ra bởi sự đóng mở của các kênh ion chọn lọc đối với natri, canxi và kali. Giai đoạn bình nguyên dài đặc trưng của điện thế hoạt động tim, được thiết lập bởi sự cân bằng giữa dòng điện vào và dòng điện ra, phân biệt tế bào tim với tế bào thần kinh và là cơ sở cho thời kỳ trơ kéo dài của tim.

Definition

Điện thế hoạt động tim là một sự thay đổi có tính chất khuôn mẫu, tái tạo về điện thế xuyên màng, được tạo ra bởi dòng ion phụ thuộc thời gian và điện áp qua các kênh chọn lọc, lan truyền sự kích thích qua mô tim; kênh ion là các protein màng có tính thấm được điều hòa đối với các ion cụ thể tạo ra các dòng điện này.

Scope

Mục này bao gồm các pha của điện thế hoạt động tim, các dòng ion và kênh ion chính hình thành nên nó, khái niệm về thời kỳ trơ, và cách các đặc tính điện thế hoạt động khác nhau giữa các loại tế bào trong tim. Mục này xem xét các chủ đề này dưới góc độ sinh lý học, không phải là hướng dẫn lâm sàng về rối loạn nhịp tim hoặc tác dụng của thuốc.

Core questions

• Các pha của điện thế hoạt động tim là gì?
• Những dòng ion nào hình thành sự khử cực, giai đoạn bình nguyên và tái cực?
• Tại sao điện thế hoạt động tim lại dài hơn nhiều so với điện thế hoạt động thần kinh?
• Thời kỳ trơ là gì và tại sao nó lại quan trọng?

Key concepts

• Điện thế màng nghỉ
• Khử cực (pha 0)
• Pha bình nguyên
• Tái cực
• Dòng natri, canxi và kali
• Kênh ion cổng điện áp
• Thời kỳ trơ tuyệt đối và tương đối
• Ngưỡng và đáp ứng tất cả hoặc không

Key theories

Lý thuyết ion (Hodgkin-Huxley) về tính kích thích

Điện thế hoạt động được giải thích bằng những thay đổi phụ thuộc điện áp và thời gian trong độ dẫn màng đối với các ion riêng lẻ; khung định lượng này, ban đầu được phát triển cho thần kinh, cung cấp cơ sở để mô tả điện thế hoạt động tim như tổng của các dòng ion riêng biệt.

Mechanisms

Trong một tế bào cơ tim thất đang hoạt động, điện thế hoạt động thường được chia thành các pha. Khử cực nhanh (pha 0) được thúc đẩy bởi một dòng natri vào lớn, nhanh khi đạt đến ngưỡng. Tái cực sớm ngắn (pha 1) phản ánh dòng kali ra thoáng qua. Giai đoạn bình nguyên (pha 2), một đặc điểm nổi bật của tế bào tim, là kết quả của sự cân bằng giữa dòng canxi loại L vào duy trì và dòng kali ra, kéo dài điện thế hoạt động. Tái cực (pha 3) xảy ra khi dòng kali chiếm ưu thế và dòng canxi giảm, đưa màng trở về điện thế nghỉ (pha 4), được ổn định bởi dòng kali chỉnh lưu vào. Bởi vì các kênh natri chỉ phục hồi sau khi tái cực, tế bào ở trạng thái trơ trong phần lớn thời gian của điện thế hoạt động, ngăn ngừa tái kích thích sớm và co cứng; bản chất phân tử và động học của các kênh cơ bản quyết định sự tái cực và thời kỳ trơ.

Clinical relevance

Hình dạng điện thế hoạt động và các kênh tạo ra nó hình thành cơ sở sinh lý để hiểu các bất thường tái cực và tác dụng của các tác nhân làm thay đổi dòng ion. Mục này mô tả điện sinh lý tế bào bình thường và là kiến thức nền tảng giáo dục, không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Nền tảng khái niệm là mô tả của Hodgkin-Huxley về điện thế hoạt động thần kinh vào năm 1952, trong đó sự kích thích được thể hiện dưới dạng độ dẫn ion phụ thuộc điện áp và thời gian. Những nguyên tắc này sau đó được áp dụng cho các tế bào tim, nơi giai đoạn bình nguyên dài và một tập hợp phong phú hơn các dòng ion đã được đặc trưng, và nhân bản phân tử cuối cùng đã liên kết các protein kênh cụ thể với từng dòng điện hình thành sự tái cực của tim.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao điện thế hoạt động tim có giai đoạn bình nguyên?

Giai đoạn bình nguyên phản ánh sự cân bằng duy trì giữa dòng canxi vào và dòng kali ra, điều này kéo dài sự khử cực vượt xa điện thế hoạt động thần kinh và góp phần vào thời kỳ trơ dài của tim.

Thời kỳ trơ có tác dụng gì?

Trong thời kỳ trơ, tế bào không thể bị tái kích thích vì các kênh natri chưa phục hồi sau khi bất hoạt, điều này ngăn ngừa các nhịp đập sớm và sự co cứng kéo dài của cơ tim.