Статистика
Онлайн всього: 6 Гостей: 6 Користувачів: 0
|
 |
Матеріали для курсової |
Мембранные механизмы
|
| 10.11.2014, 17:48 |
| Электрическая активность сердца является следствием движения ионов через клеточную мембрану [22—36, 48]. Эффект физиологических воздействий и химических веществ, влияющих на образование и проведение импульсов в сердце, обусловлен в основном их способностью изменять ионные токи [24, 30, 37, 47]. На рис. 4.2 показаны основные ионные токи, способствующие развитию потенциала действия в волокнах Пуркинье. Далее мы упрощенно опишем некоторые специфические явления, имеющие отношение к аберрантности.
Мембранный потенциал покоя. Разность потенциала относительно мембраны сердечной клетки обусловлена различием в ионном составе внутриклеточной среды и внеклеточной жидкости [32, 33]. Во внутриклеточной жидкости важнейшим катионом является К+, а доминирующими анионами — фосфаты и радикалы органических кислот. Последние представляют собой в основном поливалентные ионы, часто связанные с белками, для которых клеточная мембрана непроницаема. Во внеклеточной жидкости преобладают Na+ и С1–. Перемещение этих ионов через мембрану по специальным порам или каналам [50] в ответ на изменение электрохимического градиента создает трансмембранные токи [27, 32—35], способствующие возникновению потенциала действия. В состоянии покоя клеточная мембрана в принципе проницаема для К+ и относительно непроницаема для других внутри- и внеклеточных ионов [32]. Следовательно, разность потенциалов по обе стороны мембраны в покое определяется главным образом градиентом концентрации K+ [29, 31, 32, 48, 49]. Поддержание различий ионного состава и электрического заряда относительно мембраны в покое становится возможным благодаря двум факторам [31, 32, 49]: 1) свойствам проницаемости, или проводимости (g), клеточной мембраны для этих ионов, которые в свою очередь отражают способность мембранных каналов к их использованию теми или иными ионами; 2) функционированию различных ионных насосов и обменных механизмов [51—53], включая энергозависимый Na+/K+-обменный насос, перемещающий Na+ наружу, а К+ — внутрь клетки вопреки их градиентам концентрации [51, 53].
Рис. 4.2. Схематическое изображение потенциала действия в нормальном миокарде желудочков.
Показаны направление, величина и время протекания ионных токов, приводящих к развитию потенциала действия данной формы. Направление стрелки и ее размер указывают направленность и относительную величину тока (т. е. входящий или выходящий ток), а также соотношение амплитуд различных ионных токов. Горизонтальное положение стрелки соответствует моменту протекания токов по отношению к потенциалу действия. Обсуждение в тексте [36].
Потенциал действия: деполяризация. При стимуляции клетки и снижении мембранного потенциала до критического уровня (пороговый потенциал, при котором начинает генерироваться чисто входящий ток), происходит ряд последовательных изменений ионной проводимости мембраны и ионных токов, что обусловливает проявление потенциала действия [27, 31, 33, 36] (см. рис. 15.2). В норме деполяризация (фаза 0) полностью поляризованных сердечных волокон, за исключением клеток синусового и атриовентрикулярного узлов, обусловлена прежде всего резким увеличением мембранной проницаемости для Na+ (gNa) и быстрого входящего тока, переносимого ионами Na+ [24, 27, 29, 31, 33, 35, 48] (быстрый, направленный внутрь ток Na+, или быстрый входящий ток), в сочетании с открытием быстрых Nа+ каналов.
Способность мембраны к повышению gNa (т. е. к открытию закрытых Na+-каналов) зависит от уровня мембранного потенциала при возбуждении. Пропускная способность каналов для Nа+, как правило, максимальна, поэтому быстрый входящий ток Nа+ может иметь наибольшую величину, когда мембранный потенциал находится в пределах от — 85 до — 95 мВ. Если мембранный потенциал менее отрицателен, чем в норме, повышение проницаемости для Na+ и величина быстрого тока Na+ меньше максимально возможных из-за снижения пропускной способности каналов. При уменьшении мембранного потенциала ниже определенного уровня увеличения быстрого входящего тока Na+ может оказаться недостаточным для возникновения регенеративного или даже подпорогового ответа, что означает невозбудимость волокна.
Амплитуда и максимальная скорость деполяризации (Vmax) в нулевую фазу (нарастание) зависят от быстрого входящего тока Na+. Следовательно, они зависят и от уровня мембранного потенциала. Амплитуда сильно поляризованных волокон Пуркинье может достигать 130 мВ, a Vmax высока и, по некоторым данным, составляет от 500 до 1000 В/с. Обе величины уменьшаются при снижении уровня потенциала. На рис. 4.3, А показано постепенное уменьшение амплитуды и скорости нарастания потенциала действия волокна Пуркинье при снижении уровня мембранного потенциала. Кривые на рис. 4.3, Б показывают связь мембранного потенциала в момент возбуждения и Vmax ответа для двух клеток миокарда желудочков. Эту связь, впервые описанную для сердечных волокон Weidmann в 1951 г. [54] и позднее подтвержденную Hoffman и соавт. [55], часто называют «отношением реактивности», а кривую — «кривой реактивности». Такие кривые иногда используются для приблизительной оценки пропускной способности Na+-каналов.
Второй входящий ток в сердечной ткани [27, 29, 30, 33—35, 57, 58] активируется только при «низком» уровне мембранного потенциала — от — 35 до — 45 мВ. Этот ток переносится в основном ионами Са++ и имеет гораздо меньшую плотность (приблизительно 10%), чем быстрый ток Na+. Каналы, ответственные за его прохождение, активируются (открываются) и инактивируются (закрываются) медленнее, чем быстрые Na+-каналы, так что этот второй ток развивается медленнее и протекает дольше, чем быстрый ток Na+. Восстановление после инактивации также требует большего времени. Этот ток соответственно получил название «медленного входящего тока». Каналы, пропускающие быстрый и медленный входящий ток, являются фармакологически различными [58, 59]. Тетродотоксин избирательно блокирует быстрые каналы входящего Na+, тогда как медленные каналы блокируются такими агентами, как марганец (Mn++), D-600 и верапамил. В норме в сильно поляризованных клетках медленный ток оказывает лишь минимальное влияние на нарастание, внося основной вклад в фазу 2 (плато) реполяризации. С другой стороны, деполяризация узловых клеток с низким потенциалом [60—64], а также мышечных волокон створок атриовентрикулярных клапанов [66] и коронарного синуса [67], по-видимому, в большой степени определяется медленным током. Однако его вклад в деполяризацию неузловых волокон возрастает при снижении в них мембранного потенциала [30, 33—35, 66—69]. Этот последний факт приобретает особое значение, если учесть, что миокардиальные препараты, полученные у собаки после экспериментального инфаркта [70—74, 138, 184], а также у больных с органическим поражением сердца [21, 36, 76—90], содержат большое число частично деполяризованных волокон.
Рис. 4.3. Влияние потенциала покоя на потенциал действия.
А — изменения характеристик потенциала действия по мере его распространения из нормально поляризованной области в зону, где мембранный потенциал (МП) постепенно снижается. Величина МП (в милливольтах) указана для отдельных участков волокна; потенциалы действия, возникающие в этих точках, показаны выше. Следует, в частности, отметить постепенное уменьшение амплитуды и I^max, которое должно сопровождаться постепенным замедлением проведения. Обратите также внимание на временные изменения в ходе реполяризации и изменения длительности потенциала действия. Б — кривые, отражающие связь между уровнем мембранного потенциала возбуждения (в милливольтах по оси абсцисс) и (?щв« (в В/с по оси ординат) потенциала действия хорошо поляризованных клеток «а» (Еm = —90 мВ) и клеток «б» (Еm = —79 мВ) в волокнах желудочкового миокарда человека; образцы миокарда получены у больного с ишемической болезнью сердца и аневризмой желудочков. Измерения осуществлялись для потенциалов действия, возникающих при различных уровнях мембранного потенциала вследствие стимуляции препарата с определенными интервалами, во время реполяризации и фазы 4. Кривые, отражающие Эти переменные, называют «кривыми реактивности». Обратите внимание, что при средних значениях потенциала кривая для клетки «б» смещена вниз и вправо, а при более низких значениях — вверх и влево. Обсуждение в тексте.
Электрофизиологические свойства волокон, зависящих от медленного входящего тока (волокна с медленным ответом), отличаются во многих отношениях от свойств волокон, активность которых зависит от быстрого тока (волокна с быстрым ответом) [30, 33, 34, 58, 59]. Как правило, волокна с медленным ответом характеризуются низким диастолическим потенциалом, невысокой амплитудой и медленным нарастанием потенциалов действия, а также пониженной возбудимостью, измененной реактивностью, более продолжительной рефрактерностью и замедленным проведением. Кроме того, даже волокна, в норме не обладающие автоматизмом, могут приобрести способность к спонтанному генерированию импульсов при снижении мембранного потенциала до уровня, при котором начинает функционировать медленный ток (рис. 4.4, А). Большинство специфических черт активности синусового и атриовентрикулярного узлов удается объяснить, исходя из особенностей поведения медленного входящего тока [25, 30, 61—65]. То же справедливо для аномальных электрофизиологических характеристик многих частично деполяризованных клеток в ишемизированных и пораженных тканях сердца [31, 34, 36, 75, 78, 85, 86, 91—93].
Потенциал действия: реполяризация. Увеличение быстрого входящего тока Na+, которое предшествует деполяризации, является самоограниченным и непродолжительным (приблизительно несколько миллисекунд). Инактивация Na+-каналов с последующим уменьшением тока Nа+ дает начало реполяризации, процессу более длительному (до нескольких сотен миллисекунд) и сложному, в котором принимают участие ионы Na+, К+, Са++ и Cl– (см. рис. 4.2) [27, 29, 31, 33, 94]. Его специфические механизмы пока полностью не установлены. Ясно, однако, что для возникновения реполяризации необходимо уменьшение положительного заряда внутри клетки. В процессе реполяризации волокон Пуркинье можно выделить 3 четкие фазы. Начальная стадия (фаза 1) является быстрой; она обусловлена инактивацией тока Na+" и развитием выходящего тока, переносимого ионами К+ и, возможно, Сl– [27, 95]. После фазы 1 реполяризация существенно замедляется (плато, или фаза 2). В фазу плато происходит снижение суммарной проводимости мембраны и возникающие при этом токи небольшой величины более или менее уравновешивают друг друга [27, 33, 94, 95] (т. е. реполяризующие влияния инактивации тока Na+ и активации выходящего тока K+ уравновешиваются деполяризующим действием остаточного медленного входящего тока). Ток К+ со временем возрастает. Таким образом, вместе с уменьшением входящих токов это приводит к увеличению чистых потерь положительного заряда и, наконец, к быстрой реполяризации (фаза 3). По мере реполяризации калиевая проводимость (gK) все более повышается, способствуя дополнительному выходу К+ из клетки и дальнейшему ускорению реполяризации. Кроме того, процессу реполяризации способствует накопление вышедшего из клетки K+ в ограниченном внеклеточном пространстве [96]. Недавно была высказана гипотеза о том, что определенный вклад в реполяризацию может вносить электрогенный натриево-калиевый насос [97, 98]. Как только мембранный потенциал доходит до уровня примерно —40 или —45 мВ, начинается его быстрое снижение до значений потенциала покоя.
Рис. 4.4. Трансмембранные потенциалы в образцах миокарда предсердия (фрагменты I и III) и желудочка (фрагмент II) человека, позволяющие продемонстрировать различные типы аномального автоматизма в сердечной ткани при заболевании сердца.
Фрагмент I: трансмембранные потенциалы в хорошо поляризованном волокне с быстрым ответом (А) и низкоамплитудные медленные ответы частично деполяризованного волокна (Б) в придатке правого предсердия человека. Максимальный диастолический потенциал (и амплитуда), зарегистрированный в клетках А и Б, составили —72 мВ (—80 мВ) и —55 мВ (—55 мВ) соответственно. Высокоамплитудные, быстро нарастающие потенциалы, развивающиеся в сильно поляризованном волокне, существенно отличаются от низкоамплитудных, медленно нарастающих потенциалов в частично деполяризованном волокне. Следует также отметить, что клетка с медленным ответом начинает спонтанно деполяризоваться сразу после окончания реполяризации, т. е. она становится автоматически активной (автоматизм, вызванный деполяризацией).
Фрагмент II: трансмембранные потенциалы в частично деполяризованной, спонтанно активной клетке папиллярной мышцы больного с ревматическим заболеванием сердца, осложненным мерцанием предсердий, желудочковой эктопией высокой степени и вариабельными нарушениями желудочкового проведения, зависящими от частоты сердечного ритма. А — реполяризация после основного автоматического возбуждения прерывается однократной ранней постдеполяризацией, приводящей к развитию бигеминии. Б — каждое основное возбуждение прерывается низкоамплитудной осцилляцией, за которой следуют 5 повторяющихся высокоамплитудных ответов с результирующим выраженным увеличением длительности реполяризации. Каждая серия заканчивается колебанием мембранного потенциала очень низкой амплитуды, что еще больше затягивает окончание реполяризации при основном возбуждении. Фрагмент III: индукция колебаний мембранного потенциала по типу задержанной постдеполяризации и развитие триггерной активности в препарате предсердия человека, исходно не обладавшем спонтанной активностью. Первая осцилляция на каждой записи указана стрелкой. Записи А и Б, а также начало записи В демонстрируют развитие постдеполяризации при стимуляции с возрастающей частотой. Отмечается постепенное увеличение амплитуды осцилляций при повышении частоты стимуляции. В конце концов, колебания мембранного потенциала достигают порогового уровня и возникает ритмическая триггерная активность (в середине записи В двойная стрелка), которая сохраняется даже после прекращения стимуляции. Хотя каждый из приведенных примеров получен на частично деполяризованном препарате, аналогичные явления наблюдаются и в сильно поляризованных тканях. Обсуждение в тексте [87}. |
| Категорія: Аритмії серця - механізми, діагностика, лікування | Додав: koljan
|
| Переглядів: 536 | Завантажень: 0
|
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі. [ Реєстрація | Вхід ] |
|
|
