Механізм генерації потенціалу дії кардіоміоциту

Потенціал дії м'язової клітки серця відрізняється від потенціалу дії нервового волокна і клітки кістякового м'яза насамперед тривалістю порушення - деполяризації (мал. 4.7).

Якщо тривалість ПД аксона складає 1 мс, клітки кістякового м'яза 2 - 3 мс, то тривалість потенціалу дії клітки скорочувального міокарда шлуночка серця складає 250-300 мс. Як буде показано нижче (гл.5, 7), це дозволяє здійснити синхронне порушення і скорочення структур серця для забезпечення викиду крові.

Такі особливості ПД кардіоміоциту забезпечуються розподілом іонів усередині і зовні клітки, представленим на мал. 4.8.

Розподіл іонів К⁺ і Na⁺ у кардіоміоцитах близький до розподілу цих іонів у кістяковому м'язі (табл. 3.1). Однак у кардіоміоциті при формуванні ПД і в процесі скорочення істотну роль грають і іони Са²⁺. Їхня концентрація зовні клітки складає близько 2 ммоль/л, але усередині клітки концентрація вільних іонів Са²⁺ дуже мала: 10^-4 ммоль/л. При скороченні концентрація вільних іонів Са²⁺ усередині клітки може зростати до 10^-3 ммоль/л, але у фазі реполяризації надлишок цих іонів віддаляється з клітки.

Іонні насоси міокардіальних кліток. Збереження іонного балансу в кардіоміоцитах забезпечує К⁺- Na⁺- і Са²⁺-насоси, що активно перекачують іони Na⁺ і Са²⁺ назовні, а іони К⁺ - усередину клітки (див. мал. 4.8). Роботу цих насосів забезпечують ферменти K⁺-Na⁺-АТФаза і Са²⁺-АТФаза, що знаходяться в сарколемі міокардіальних кліток.

Щільність молекул К⁺- Na⁺-насоса в мембрані, оцінювана по специфічному зв'язуванню [³Н] - оуабаіну, складає близько 1000 на 1 мкм², тобто 10¹¹ насосів на див². Число циклів насоса оцінюється » 20 у секунду. Тоді на 1 см² за одну секунду відбуваються 2 × 10¹² циклів насосів. Тому що за кожен цикл насос переносить 3 іони Na⁺, те усього переноситься
6 × 10¹² іонів за 1 з на 1 см². Розділивши цей результат на число Авогадро (6,02×10²³ моль^-1), одержуємо 10 × 10^-12 моль/см² × з, тобто з розрахунку через 1 см² за 1 з насос перекачує
10 пмоль іонів Na⁺. Близький результат був отриманий і в експерименті.

У спокої проникність мембрани для іонів Na⁺ і Са²⁺ досить мала: Р_Na/ Р_K » 0,05; відношення Р_Ca/ Р_K також мало, мала і концентрація іонів Са²⁺ поза кліткою. Тому потенціал спокою, як і в нервових волокнах, визначається в основному різницею концентрацій іонів ДО⁺ по обох сторони клітинної мембрани.

Потенціал дії клітки міокарда має три характерні фази: деполяризація (I), плато (II) і реполяризація (III).

I фаза – деполяризація, як і в аксоні, визначається різким ростом проникності мембрани для іонів натрію: Р_K : Р_Na = 1:20 у момент перевищення φ_M граничного значення при порушенні. Поріг активації натрієвих каналів приблизно -60 мв, а час життя 1-2 мс і може доходити до 6 мс.

I фаза – плато - характерна повільним спадом φ_M від пікового значення (» + 30 мв) до нуля. У цій фазі одночасно працюють два типи каналів - повільні кальцієві канали і калієві канали.

Кальцієві канали мають поріг активації біля -30 мв, а час їхнього життя приблизно 200 мс. У результаті відкривання кальцієвих каналів виникає деполяризуючий повільний вхідний у клітку кальцієвий струм:

I_Cа = g_Cа (j_M – ),

де g_Ca - провідність мембрани для іонів Са²⁺.

Цей струм забезпечується пасивним переносом відповідно до градієнта електрохімічного потенціалу для іонів Са²⁺ (див. мал. 4.8).

Рівноважний кальцієвий потенціал по рівнянню Нернста:

Одночасно з ростом кальцієвого струму росте провідність для іонів калію g, що приводить до виникнення калієвого струму, реполяризуючого мембрану.

В II фазі g_Ca зменшується, a g збільшується (див. мал. 4.9), відбувається поступове вирівнювання поточних назустріч один одному струмів, а потенціал мембрани φ_M знижується майже до нуля. Для II фази характерно, що сумарний струм мембрани I_M прагне до 0, тобто

Зміни провідностей іонів натрію, кальцію і калію при формуванні ПД кардіоміоциту показані на мал. 4.9.

III фаза – реполяризація - характеризується закриттям кальцієвих каналів, ростом величини g і посиленням вихідного струму К⁺.

Модифікуючи рівняння (3.8), можна одержати рівняння для мембранного струму при порушенні кардіоміоциту:

(4.8)

Другий і третій доданок - складові вхідних деполяризуючого швидкого струму Na⁺ і повільного Са²⁺, четверте вихідний реполяризуючий струм К⁺. Необхідно враховувати, що відповідно до теорії Ходжкіна-Хакслі провідність g_Na, g, а також і g_Ca є потенціалозалежними величинами: g_i = f (φ_M, t). Для кальцієвого каналу, так само як і для натрієвого, передбачається існування що активують і інактивуючих часток, стан яких описується деякими параметрами d і f відповідно. Тоді провідність каналу g_Ca у рівнянні (4.8)

g_Ca = g_Ca×d×f,

де g_Ca - максимальна провідність відкритого кальцієвого каналу.

Опис кінетики параметрів активації d і інактивації f є складною науковою задачею, пошуки рішення якої в даний час інтенсивне ведуться.

Коротко резюмувати характеристики процесів, що відбуваються при формуванні потенціалу дії кардіоміоциту, можна таблицею 4.1. Стрілки в таблиці вказують напрямок відповідного струму, зачернені канали закриті, Т_K, Т_Na, і Т_Ca - характерні часи життя відповідних каналів.

Таблиця 4.1. Процеси, що відбуваються при формуванні ПД кардіоміоциту

Процеси порушення кардіоміоциту вивчаються за допомогою ряду спеціальних методів.

Один з них - це метод блокаторів (антагоністів) іонів кальцію. Були знайдені специфічні блокатори кальцієвого струму в міоциті: препарати Д-600, верапаміл, катіони металів La³⁺, Mn²⁺ і деякі інші. Ці речовини припиняють доступ кальцію усередину клітки і тим самим змінюють і величину, і форму потенціалу дії. Цікаво відзначити, що кальцієві канали не блокуються тетродотоксином (блокатором іонів Na⁺), що дає підставу допускати існування в кардіоміоцитах окремих кальцієвих каналів.

Другий метод - люмінесцентний аналіз. Він дозволяє реєструвати в експерименті перенос іонів кальцію за допомогою білка екворину, одержуваного зі світних медуз. Особливість цього білка полягає в тім, що, володіючи високою спорідненістю до іонів Са²⁺, він люмінісцирує у їхній присутності. Екворин вводиться в препарат серцевого м'яза, і за допомогою спеціальної оптичної апаратури реєструється зміна інтенсивності світіння в часі. Отримані результати дозволяють описати процеси переносу іонів кальцію при генерації потенціалу дії в м'язі серця.

Розподіл іонів кальцію по серцевому м'язі в нормі і патології вивчається за допомогою методу радіонуклідної діагностики. Для цього використовують радіоактивний ізотоп кальцію – Са⁴⁵, β – випромінювання якого реєструється сканерами.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Іонні канали клітинних мембран	\|	Зовнішні електричні поля органів. Принцип еквівалентного генератора

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.