Elektrofiziologija kardiomiocita

Električni događaj podržava pumpnu funkciju

Kardiomiociti stvaraju i provode električne signale koji usklađuju kontrakciju srca. Radni miokard pretkomora i komora, pejsmejkerske ćelije i specijalizovane provodne ćelije nemaju identičan akcijski potencijal. Razlike u kanalima i membranskom potencijalu odgovaraju različitim zadacima. Za razumijevanje komorske kontrakcije najkorisniji početni model je akcijski potencijal radnog kardiomiocita sa brzim usponom i produženim platoom.

U mirujućoj radnoj ćeliji velika kalijumova provodljivost podržava negativan membranski potencijal. Takvi uslovi omogućavaju da značajan dio brzih natrijumovih kanala bude spreman za aktivaciju. Struja iz susjedne pobuđene ćelije depolarizuje membranu. Ako depolarizacija dostigne odgovarajuće uslove, natrijumovi kanali se regenerativno otvaraju i nastaje brz uspon potencijala.

Faze predstavljaju ravnotežu struja

Brzi uspon naziva se fazom 0. Nakon njega djelovanje prolaznih struja i smanjenje natrijumovog ulaza omogućavaju početnu repolarizaciju, fazu 1. Faza 2 predstavlja plato, tokom kojeg se ulazne i izlazne struje približno uravnotežuju. Važan ulazni doprinos daje kalcijum kroz L-tip kanale, dok različite kalijumove struje doprinose suprotnom smjeru.

Plato nije period u kojem se nijedan jon ne kreće. Stabilniji napon može postojati uz značajne suprotne struje, jer je njihova neto razlika mala. Kada ulazni kalcijumov doprinos slabi, a repolarizujuće kalijumove struje preovladaju, nastaje faza 3. U fazi 4 radni komorski miocit održava relativno stabilan potencijal do narednog pobuđivanja.

Ovaj prikaz je fiziološki model, ne tvrdnja da svi kardiomiociti imaju isti oblik ili trajanje svake faze. Pretkomorske ćelije i različita područja komore razlikuju se u odnosu struja. Pejsmejkerske ćelije nemaju isti stabilni potencijal mirovanja, a njihov uspon više zavisi od kalcijumove struje. Prepoznavanje tih razlika sprječava prenošenje komorskog modela na cijelo srce bez ograničenja.

Vremenski i naponski orijentiri

U radnom komorskom miocitu potencijal između otkucaja je približno −85 do −90 mV, dok akcijski potencijal sa platoom traje reda nekoliko stotina milisekundi, približno 0,3 s. To su udžbenički orijentiri za komorski model pri uobičajenoj srčanoj aktivnosti, a ne fiksne vrijednosti svih srčanih ćelija. Intracelularni membranski napon mjeri se u odnosu na vanćelijski prostor. Trajanje se mijenja sa frekvencijom, područjem miokarda i odnosom struja; ne treba ga poistovjetiti sa površinskim QRS trajanjem.

Kalcijum povezuje pobuđivanje sa silom

Ulazak kalcijuma kroz membranu podržava otvaranje kanala sarkoplazmatskog retikuluma i dodatno oslobađanje kalcijuma u citosol. Ovaj proces naziva se kalcijumom izazvano oslobađanje kalcijuma. Porast citosolnog kalcijuma omogućava vezivanje za troponin i promjenu položaja tropomiozina, pa se uspostavlja djelotvorna aktinsko-miozinska interakcija.

Za relaksaciju kalcijum mora napustiti citosol. Dio se vraća u retikulum, a dio uklanja preko membrane, uključujući natrijum-kalcijum izmjenjivač. Funkcija tog izmjenjivača zavisi od jonskih gradijenata, pa je električno i mehaničko stanje povezano sa membranskim transportom. ATP podržava direktne pumpe, održavanje gradijenata i sam ciklus poprečnih mostova.

Refraktarnost i koordinacija

Tokom značajnog dijela akcijskog potencijala brzi natrijumovi kanali ostaju inaktivirani. Njihov oporavak zahtijeva odgovarajuću repolarizaciju i vrijeme. Produžena refraktarnost se zato preklapa sa razvojem mehaničkog odgovora. Srce se ne ponaša kao skeletni mišić u kojem brzi niz impulsa može dati održanu tetaničku kontrakciju. Između efikasnih srčanih kontrakcija potreban je prostor za relaksaciju i punjenje.

Ćelije radnog miokarda povezane su pukotinastim spojevima, kroz koje lokalne struje prenose pobuđivanje. Brzina zavisi od međučelijske povezanosti i sposobnosti membrane da razvije odgovarajuću ulaznu struju. Promjena pobuđivosti i promjena električne veze između ćelija mogu različitim putevima usporiti prenos. Usklađen vremenski raspored važan je koliko i sposobnost pojedinačne ćelije da se kontrahuje.

Regulacija i promijenjeni uslovi

Simpatički signal preko beta1 receptora mijenja kalcijumsku signalizaciju i kontraktilni odgovor, uz podešavanje relaksacije. Vanćelijski kalijum utiče na potencijal mirovanja i raspoloživost kanala. Pretjerana depolarizacija može smanjiti mogućnost brzog uspona zbog inaktivacije natrijumovih kanala, iako je membrana naizgled bliža pragu. Pobuđivost zato nije jednostavna funkcija udaljenosti potencijala od jedne granične vrijednosti.

Smanjena energetska dostupnost, promjene kiselosti i promijenjeni gradijenti mogu istovremeno uticati na električni signal i mehaničku funkciju. Produženje ili skraćenje akcijskog potencijala mijenja vremenski okvir kalcijumskog ulaza i refraktarnosti. Konačan odgovor zahtijeva posmatranje ravnoteže više struja, umjesto pripisivanja svake promjene samo jednom kanalu.

Zapamti

Komorski plato odražava ravnotežu ulaznih i izlaznih struja. Kalcijum povezuje električni signal sa kontrakcijom. Refraktarnost i međučelijski spojevi omogućavaju vremenski organizovan rad srca.