מֵידָע

האם פוטנציאל הפעולה של Purkinje הוא עצבי ולבבי?

האם פוטנציאל הפעולה של Purkinje הוא עצבי ולבבי?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

תחילה חשבתי שפוטנציאל הפעולה של His-bunt כלומר סיבי Purkinje הם לבביים. עם זאת, התחלתי לחשוב שזה לא מספיק. אני חושב עכשיו שהם נוירונים ולביים. השערה שלי. יש להם תחילה חלק עצבי בעל טווח קצר ולאחר מכן חלק לבבי ארוך טווח.

האם פוטנציאל הפעולה של Purkinje הוא עצבי ולבבי?


מערכת הסיבים His-Purkinje היא רשת של סוג אחד של ניצוח מיוחד שֶׁל הַלֵב תאים הנושאים פוטנציאל פעולה בלב. ישנם תאים אחרים המבצעים את התפקיד הזה בחלקים שונים של הלב. זמן ההתחלה, הצורה ומשך פוטנציאל הפעולה ייחודיים לחלקים שונים של הלב, ומשקפים את התפקודים השונים שלהם. הבחנות אלו נובעות בגלל ה מיוציטים בכל אזור של הלב יש קבוצה אופיינית של ערוצים ואנטומיה. אתה יכול לנתק לחלוטין את מערכת העצבים מהלב, והלב עדיין יצעיד את עצמו. תחשוב על מה שקורה עם השתלות לב. זה מבטל לחלוטין את ההשפעה הנוירונית. ראה את הקטע הקצר הבא המסביר סוג אחד של שיטת הולכה של תאים. שימו לב שאין התייחסות לנוירונים.

המטען החיובי שנכנס לתא A לא רק גורם לדה-פולריזציה לתא A אלא גם מייצר זרימה של מטען חיובי לזרם התוך-תאי של תא B. זרימה זו של מטען חיובי מפרקת את קיבולת הממברנה של תא B, ובכך משחררת את תא B ומשחררת מטענים חיוביים חוץ-תאיים שהיו קשורים לממברנה. תנועת המטען החיובי החוץ-תאי הזה מסביב לתא B לכיוון האזור החוץ-תאי סביב תא A מהווה את הזרם החוץ-תאי. זרימת הזרם התוך תאי מתא A לתא B וזרימת הזרם החוץ תאי מסביב לתא B לסביבות תא A שווים והפוכים. זרימת הזרם החוץ-תאי הזה בלב היא שמולידה וקטור חשמלי מיידי, שמשתנה עם הזמן. כל נקודה באלקטרוקרדיוגרמה (ECG) היא הסכום של וקטורים חשמליים רבים כאלה, שנוצרים על ידי תאי הלב הרבים.

זה נחקר בהרחבה, עד כדי כך שאלקטרופיזיולוגים לבביים יכולים לאתר את מיקומם של קבוצה קטנה של תאים שגויים בשל אופי הדחף שהם מפיצים. השכר החציוני השנתי של אלקטרופיזיולוג בארה"ב הוא $480,000. :-( יש הרבה כספי מענקים בתחום הזה. זה עניין גדול.

למחקר מעמיק של אלקטרופיזיולוגיה של תאי לב, אנא ראה אלקטרופיזיולוגיה של תאי לב או כל מקורות אחרים מהימנים.


בוויקי הם נקראים פוטנציאל פעולה לבבי. מכיוון שיצירת פוטנציאל הפעולה בצומת הסינוטריאלי מתווכת על ידי תאי שריר, וכך גם הולכת פוטנציאל הפעולה דרך רשת ה-purkinje (ראה ויקי), פוטנציאל הפעולה אינם עצביים בטבעם, אלא לבבי.


סיבי Purkinje: אנטומיה, מיקום & פונקציה

סיבי Purkinje מזוהים בבירור על דפנות החדרים הפנימיים של הלב, ממש מתחת לאנדוקרדיום באזור הנקרא תת-אנדוקרדיום. סיבי Purkinje הם סיבים מוליכים פונקציונליים, המורכבים מתאי עוררות חשמליים וגדולים יותר מסיבי שריר הלב הרגילים. סיבי ה-Purkinje הם מהמספר העצום של מיטוכונדריה ואשר סיבים מוליכים פוטנציאל פעולה לבבי במהירות וביעילות רבה יותר מכל תאים אחרים בלב.

סיבי Purkinje מספקים את מערכת ההולכה של הלב לביצוע התכווצויות מסונכרנות של החדרים שלו, ולכן הם הכרחיים לשמירה על קצב לב יציב. הוא מחויב לקצב שיטתי של הלב. הם משתרעים מהמחיצה הבין חדרית, דרך השרירים הפפילריים ולרוחב במעלה דפנות החדרים. אנטומיסט ופיזיולוגי צ'כי, שגילה את הסיבים ב-1839.


מחלות קצב הלב

תרופות פרמצבטיות


פוטנציאל פעולה לבבי
שלב 0זרימה של יוני נתרן
שלב 1אי הפעלה של תעלת הנתרן
שלב 2רמת מתח גורמת לפתיחת תעלות סידן
שלב 3קיטוב מחדש של יוני אשלגן

תרופות אנטי-ריתמיות מסווגות לרוב באמצעות מערכת הסיווג Vaughan-Williams, המבוססת על מנגנון הפעילות שלהן. השיעורים של ווהן-וויליאמס הם כדלקמן:

Class I: חוסמי תעלות נתרן

Class II: חוסמי בטא אדרנרגיים

Class III: חוסמי תעלות אשלגן

Class IV: חוסמי תעלות סידן

Class V: מנגנון פעולה אחר או לא ידוע: אלה כוללים את הפעולות של מגנזיום, דיגוקסין ואדנוזין.

הפחת את קצב הדפולריזציה, מה שמאט ומפחית את שלב 0

לספק הרדמה מקומית על ידי עיכוב תאים עצביים

מעכב דה-פולריזציה במיוציטים פרוזדורים, חדריים ו-Purkinje

הפחת את מהירות ההולכה והאוטומטיות

מסווגים לתתי מחלקות A, B או C בהתאם למידת וההשפעות של חסימת תעלות נתרן וקוטב מחדש

הארך גם את מרווחי QRS וגם QTc

הארך את שלבי הקיטוב מחדש ופוטנציאל הפעולה באמצעות חסימת תעלות אשלגן

אין להאריך את מרווח QRS לקצר את משך שלבי פוטנציאל הפעולה

דכא הולכה לבבית בתאים איסכמיים

נקשר לתעלת הנתרן במצבה המושבת

הארכת מרווח QRS מקטין את קצב העלייה של שלב 0 של פוטנציאל הפעולה

יש השפעה מועטה על משך פוטנציאל הפעולה

דכא הולכה לבבית

נקשר לתעלות נתרן במצב הפעיל

איטיים להשתחרר מתעלות הנתרן

חסימת פתיחת תעלות סידן

חסום את ההשפעות הפרו-קצביות של קטכולאמינים

מובילים למרווחי QTc ממושכים

עיכוב הקוטב מחדש על ידי חסימת תעלות אשלגן

יש השפעה מועטה מאוד על תעלות הנתרן

תא קוצב לצומת סינאוטריאלי איטי

הולכה אטריקולרית איטית על ידי חסימת תעלות סידן מוגנות מתח מסוג L

תרופות נגד הפרעות קצב מסוג Class IA

דיסופירמיד

חוסם תעלות נתרן ואשלגן ואנטגוניסט מוסקריני

אינדיקציות: הפרעות קצב פרוזדורים וחדרים

מטבוליזם: מטבוליזם בכבד (CYP3A4) כאשר 40%-60% מופרשים על ידי הכליות, זהירות באי ספיקת כליות

פרוקאינאמיד

חוסם תעלות נתרן ואשלגן ומאריך את משך פוטנציאל הפעולה של מיוציטים חדריים וסיבי Purkinje

אינדיקציות: הפרעות קצב על-חדרי או חדריות

מטבוליזם: מטבוליזם בכבד על ידי אצטילציה למטבוליט שמאריך את פוטנציאל הפעולה עם תרופה ומטבוליט המופרשים על ידי הכליות

קווינידין

נתרן, תעלת אשלגן, חוסם קולטן אלפא אדרנרגי וחוסם קולטן מוסקרינין

אינדיקציות: הפרעות קצב פרוזדורים וחדרים ותסמונת ברוגדה

חילוף חומרים: סילוק הכבד הוא 60%-80% וסילוק הכליות הוא 20%-40% זהירות במחלות כבד או כליות

אנטי-דיסריתמיקה Class IB

לידוקאין

חוסם תעלות נתרן ומוביל לקצב הפחתת דה-פולריזציה שלב 0 ומקצר את משך הפעולה של סיבי Purkinje

אינדיקציות: להפרעות קצב חדריות וכחומר הרדמה מקומית שנמנעה בעבר הפרעות קצב לאחר התקף לב (אמיודרון מיועד כעת למטרה זו ואין ליטול אותו עם לידוקאין).

מטבוליזם: חילוף חומרים בכבד על ידי CYP3A4 למטבוליט פעיל

מקסילטין

חוסם תעלות נתרן מוביל להפחתת קצב הפחתת דה-פולריזציה בשלב 0 ומקצר את משך הפעולה של סיבי Purkinje ומונע דחיית הקיטוב של חדרי הלב ו-torsades de pointes ב-LQTS.

אינדיקציות: הפרעות קצב חדריות וכאבים בנוירופתיה היקפית

מטבוליזם: לאחר ספיגה במעי הדק, הוא עובר חילוף חומרים בכבד CYP2D6 ב-90%, מסולק ללא שינוי על ידי הכליות בזהירות של 10% במחלות כבד וכליות

אנטי-דיסריתמיקה מסוג IC

פלקאיניד

לחוסם תעלות נתרן יש השפעות אינוטרופיות שליליות ומאט את ההולכה בכל סיבי הלב

אינדיקציות: פרפור פרוזדורים התקפי והפרעות קצב חדריות, משמשים לסיוע באבחון וטיפול בתסמונות ברוגדה ו-LQT3 מולדות

מטבוליזם: מטבוליזם כבד CYP2D6 ב-75% ומטבוליזם כליות ב-25% זהירות במחלות כבד וכליות

פרופאנון

חוסם תעלות נתרן וסידן

אינדיקציות: פרפור פרוזדורים והפרעות קצב חדריות מסכנות חיים

מטבוליזם: חילוף חומרים בכבד על ידי CYP2D6, CYP3A4 ו-CYP1A2

תרופות אנטי-ריתמיות מסוג III

אמיודרון

נתרן, תעלת אשלגן סידן מסוג L או מעכב קולטן בטא או חוסם מאריך תקופות עקשנות של רקמת הלב

אינדיקציות: הפרעות קצב על-חדרי ומסכנות חיים

מטבוליזם: חילוף חומרים בכבד על ידי CYP3A4 למטבוליט פעיל ומופרש בעיקר במרה

דרונדרון

נתרן, תעלת אשלגן סידן מסוג L ועיכוב קולטני בטא או חוסם מאריך תקופות עקשנות של רקמת הלב ומעכב קולטני אלפא 1

אינדיקציות: הפרעות קצב פרוזדורים וחדרים וקצב סינוס לרפרוף או פרפור פרוזדורים

מטבוליזם: חילוף חומרים בכבד על ידי CYP3A4 למטבוליטים פעילים ולא פעילים

סוטלול

אנטגוניסט לא סלקטיבי בטא אדרנרגי, חוסם תעלות אשלגן מאריך את פוטנציאל הפעולה ותקופת חסינות יעילה

אינדיקציות: הפרעות קצב חדריות, פרפור פרוזדורים, טכיקרדיה AV

מטבוליזם: 90%-100% זמינות ביולוגית וקצב ספיגה, ללא חילוף חומרים, זהירות במחלת כליות ולכן פינוי קריאטינין הכרחי ומופרש ללא שינוי בכליות

תרופות אנטי-ריתמיות מסוג V

אדנוזין

משרה חסימת לב קצרת זמן ופוטנציאל פעולה פרוזדורי, מקטבת את פוטנציאל קרום המיוציטים ומאטה את הולכת צומת AV, ומגבירה את הולכת אשלגן

אינדיקציות: ניתן לטכיקרדיות על-חדריות לאחר כשל בתמרון נרתיק

מטבוליזם: מטבוליזם תוך תאי

אגוניסטים אלפא/בטא אדרנרגיים

נוראפינפרין

מגביר את תפוקת הלב, לחץ הדם וקצב הלב

השפעות חזקות של בטא 1 ואלפא אדרנרגיות עם השפעות בטא 2 מתונות

מפחית זלוף כליות

מפחית את ההתנגדות של כלי הדם הריאתיים

בטא 1/בטא 2 אגוניסטים אדרנרגיים

איזופרוטרנול

מטפל ב-torsades de pointes אם הטיפול במגנזיום נכשל

מטפל בטכיקרדיה חדרית או פרפור עם תסמונת ברוגדה

נוגדי פרכוסים

תרופות אלו כוללות בנזודיאזפינים מדכאות CNS (היווצרות לימבית ורשתית) על ידי הגברת הפעולה של חומצה אמינו-בנזואית גמא שהיא נוירוטרנסמיטור מעכב עיקרי

דיאזפאם

מטפל בעצבנות רגשית או בהתקפים

צובר מטבוליטים פעילים שעלולים להאריך את ההרגעה

לוראזפאם

נשאר במערכת העצבים המרכזית יותר מדיאזפאם

טיפול בסטטוס אפילפטיקוס

ניתן תוך שרירי אם לא ניתן להשיג גישה לכלי הדם

מידאזולם

טיפול בסטטוס אפילפטיקוס

לוקח פי שלושה יותר מדיאזפאם כדי להשיג תוצאות

ניתן תוך שרירי אם לא ניתן להשיג גישה לכלי הדם


תלונת DMCA

אם אתה סבור שתוכן זמין באמצעות האתר (כפי שמוגדר בתנאי השירות שלנו) מפר זכויות יוצרים אחת או יותר שלך, אנא הודע לנו על ידי מתן הודעה בכתב ("הודעת הפרה") המכילה את המידע המתואר להלן לגורמים המיועדים לכך. סוכן המפורט להלן. אם מורי ורסיטי ינקוט פעולה בתגובה להודעת הפרה, היא תעשה ניסיון בתום לב ליצור קשר עם הצד שהעמיד תוכן כזה לזמין באמצעות כתובת הדוא"ל העדכנית ביותר, אם בכלל, שסופקה על ידי גורם כזה למורים של ורסיטי.

הודעת ההפרה שלך עשויה להיות מועברת לצד שהפך את התוכן לזמין או לצדדים שלישיים כגון ChillingEffects.org.

לידיעתך, אתה תישא באחריות לנזקים (כולל עלויות ושכר טרחת עורכי דין) אם תציג מצג שווא מהותי שמוצר או פעילות מפרים את זכויות היוצרים שלך. לפיכך, אם אינך בטוח שתוכן שנמצא באתר או מקושר אליו מפר את זכויות היוצרים שלך, עליך לשקול תחילה לפנות לעורך דין.

אנא בצע את השלבים הבאים כדי להגיש הודעה:

עליך לכלול את הדברים הבאים:

חתימה פיזית או אלקטרונית של בעלי זכויות היוצרים או של אדם המורשה לפעול מטעמם זיהוי של זכויות היוצרים הנטענות שהופרו תיאור של אופי ומיקומו המדויק של התוכן שלטענתך מפר את זכויות היוצרים שלך, במידה מספקת פירוט כדי לאפשר למורים של ורסיטי למצוא ולזהות באופן חיובי את התוכן הזה, לדוגמה, אנו דורשים קישור לשאלה הספציפית (לא רק שם השאלה) שמכילה את התוכן ותיאור של איזה חלק ספציפי מהשאלה - תמונה, קישור, הטקסט וכו' - תלונתך מתייחסת לשם, כתובתך, מספר הטלפון וכתובת הדואר האלקטרוני שלך והצהרה שלך: (א) שאתה מאמין בתום לב שהשימוש בתוכן שאתה טוען שהוא מפר את זכויות היוצרים שלך לא מורשה על פי חוק, או על ידי בעל זכויות היוצרים או סוכן הבעלים כאמור (ב) שכל המידע הכלול בהודעת ההפרה שלך מדויק, ו-(ג) תחת עונש של עדות שקר, שאתה או בעל זכויות היוצרים או אדם המורשה לפעול בשמם.

שלח את תלונתך לסוכן הייעודי שלנו בכתובת:

צ'ארלס קון וורסיטי חונכים LLC
101 S. Hanley Rd, סוויטה 300
סנט לואיס, MO 63105


דיכוי אוברדרייב

לתאי ה-Purkinje יש פוטנציאל פעולה שנראה מאוד כמו פוטנציאל הפעולה של המיוציטים, אבל - בדומה לתאי הקוצב - לתאי ה-Purkinje יש יכולת לבצע דה-פולריזציה ספונטנית באמצעות זרם "מצחיק". האוטומטיות הזו מוסתרת בדרך כלל על ידי קצב הדה-פולריזציה האיטי של תאים אלה - בדרך כלל יורים בקצב של כ-40-50 בלבד, הם בדרך כלל מוטרפים לצייתנות על ידי קצב צומת הסינוס המהיר הרבה יותר. עם זאת, אם הקוצב הדומיננטי (צומת SA) מפסיק לירות פתאום, הקוצבים "הבת" במקומות אחרים לא משתלטים מיד - במקום זאת יש הפסקה לפני שהם מתחילים לירות באופן קצבי בקצב המקומי הנמוך שלהם. ברור שמנגנון כלשהו חייב למנוע מקוצבי-הבת הללו לבצע קצב, בזמן שצומת ה-SA עדיין בשליטה.

תופעה זו נקראת דיכוי הילוך יתר. Mario Vassale (1977) מסביר את זה הרבה יותר טוב, אבל לסיכום, המנגנון שמאחורי דיכוי הילוך יתר הוא כדלקמן:


תעלות נתרן לבבי

בלב, נאVChs חיוניים להתקדמות מסודרת של פוטנציאל הפעולה מהצומת הסינוטריאלי, דרך הפרוזדורים, על פני הצומת האטריואטריקולרי, לאורך מערכת ההולכה המיוחדת של החדרים (מערכת His-Purkinje), ובסופו של דבר לאורך שריר הלב כדי לעורר התכווצות קצבית. מוטציות ב SCN5A, הגן המקודד ל-Na העיקריVתת-יחידה Ch α המתבטאת בלב האדם, גורמת לרגישות תורשתית להפרעת קצב חדרית (תסמונת QT מולדת ארוכה, פרפור חדרים אידיופתיים) (57�), הפרעה בהולכה לבבית (60), או שניהם (60) או שניהם. SCN5A מוטציות עשויות להתבטא גם כהפרעות קצב הנגרמות על ידי תרופות (66), תסמונת מוות פתאומי של תינוקות (SIDS) (67, 68), וצורות אחרות של רגישות להפרעות קצב (69).

תסמונות של הפרעת קצב תורשתית: QT ארוך וברוגדה.

תסמונת QT מולדת ארוכה (LQTS), מצב תורשתי של ריפולריזציה לא תקינה של שריר הלב, מאופיינת מבחינה קלינית בסיכון מוגבר להפרעות קצב חדריות שעלולות להיות קטלניות, במיוחד Torsade de Pointes (70, 71). התסמונת מועברת לרוב במשפחות כתכונה אוטוזומלית דומיננטית (תסמונת רומנו-וורד) ופחות שכיחה כמחלה אוטוזומלית רצסיבית בשילוב עם חירשות מולדת (תסמונת ג'רוול ולנג-נילסן). התסמונת שואבת את שמה מהארכה האופיינית של מרווח ה-QT על א.ק.ג משטח של אנשים שנפגעו, סמן פונדקאי של משך פוטנציאל פעולה חדרי מוגבר וריפולריזציה לא תקינה של שריר הלב. כ-10% ממקרי LQTS נגרמים על ידי SCN5A מוטציות, בעוד שרוב הנבדקים של רומנו-וורד מכילים מוטציות בשני גנים של תעלות אשלגן לבבי (KCNQ1 ו HERG) (72, 73). גורמים מעוררים הקשורים לאירועים אריתמיים שונים בין תת-קבוצות גנטיות של LQTS. SCN5A מוטציות מייצרות לעתים קרובות מאפיינים קליניים ברורים כולל ברדיקרדיה, ונטייה לאירועי לב להתרחש במהלך שינה או מנוחה (74, 75).

מוטציות ב SCN5A נקשרו גם לפרפור חדרים אידיופטיים, כולל תסמונת Brugada (59, 76) ותסמונת מוות בלתי מוסבר (SUDS) (77, 78). לאנשים עם תסמונת Brugada יש סיכון מוגבר להפרעות קצב חדריות שעלולות להיות קטלניות (טכיקרדיה חדרית פולימורפית או פרפור) ללא איסכמיה, הפרעות אלקטרוליטים או מחלת לב מבנית. אנשים עם המחלה מראים לעתים קרובות דפוס אק"ג אופייני המורכב מהעלאת ST בקווים הפרה-קורדיאליים הימניים, בלוק ענף ימני לכאורה, אך מרווחי QT נורמליים (79). מינהלת NaVחומרים חוסמי Ch (כלומר, procainamide, flecainide, ajmaline) עשויים לחשוף את דפוס ה-ECG הזה במקרים סמויים (80). תורשה היא אוטוזומלית דומיננטית עם חדירה לא מלאה ודומיננטיות גברית. היסטוריה משפחתית של מוות פתאומי בלתי מוסבר אופיינית. SUDS היא תסמונת דומה מאוד הגורמת למוות פתאומי, בדרך כלל במהלך שינה, אצל גברים צעירים ובני גיל העמידה במדינות דרום מזרח אסיה (81�).

הפרעות בהולכה לבבית.

מוטציות ב SCN5A קשורים גם להפרעות משפחתיות הטרוגניות של הולכה לבבית המתבטאות בהולכה פרוזדורית (בלוק לב), האטה בקצב ההולכה תוך שריר הלב או חוסר התרגשות פרוזדורי (קיפאון פרוזדורי) (60, 62, 84, 85). מידת הפגיעה בהולכה הלבבית עלולה להתקדם עם העלייה בגיל ובדרך כלל אינה קשורה להארכת מרווח ה-QT או לשינויים ב-ECG בהתאם לתסמונת Brugada. חסימת לב בהפרעות אלו היא בדרך כלל תוצאה של האטת הולכה במערכת His-Purkinje. ברוב המקרים, תורשה של הפנוטיפ היא אוטוזומלית דומיננטית. לעומת זאת, קיפאון פרוזדורי דווח כמתרחש גם כהפרעה רצסיבית של SCN5A (תסמונת סינוס חולה מולדת) (85) או על ידי תורשה דינית של הטרוזיגוטי SCN5A מוטציה עם וריאנט פרומטור בגן connexin-40 (84).

מוטציות ב SCN5A עלול גם לגרום לפנוטיפים מורכבים יותר המייצגים שילובים של LQTS, תסמונת Brugada ומחלת מערכת ההולכה. תועדו דוגמאות של LQTS בשילוב עם תסמונת Brugada (63) או חסם לב מולד (86, 87), ומקרים של תסמונת Brugada עם הפרעה בהולכה (88). במשפחה ייחודית אחת, כל שלושת הפנוטיפים הקליניים מתרחשים יחד (65). SCN5A מוטציות התגלו גם במשפחות הפרדה בהולכה לבבית לקויה, הפרעות קצב על-חדריות וקרדיומיופתיה מורחבת (64, 89). מוטציות מסוימות עשויות להתבטא בפנוטיפים שונים במשפחות שונות.

אפיון של מוטציות SCN5A והפרעות קצב.

ההטרוגניות הקלינית הקשורה ל SCN5A מוטציות מוסברות בחלקו על ידי הבדלים תואמים בדרגה ובמאפיינים של תפקוד לקוי של הערוץ. ב-LQTS מולד, SCN5A למוטציות יש פנוטיפ רווח-תפקוד דומיננטי ברמה המולקולרית. באופן ספציפי, רוב Na mutant הלבVChs הקשורים ל-LQTS מפגינים פגיעה אופיינית באי-אקטיבציה, מה שמוביל לזרם Na + מתמשך פנימה במהלך דה-פולריזציות ממושכות של הממברנה (איור ​ (איור 3) 3) (90�). האטה כללית של אי-אקטיבציה עשויה להיות קיימת במוטציות הקשורות ל-LQTS חמור (93), בעוד שחלק מהמוטציות משנות את תלות המתח של הפעלה ואי-אקטיבציה, אך אין להן זרם בלתי-משתק מדיד (94). זרם Na + מתמשך במהלך פוטנציאל הפעולה הלבבי מסביר ריפולריזציה לא תקינה של שריר הלב ב-LQTS (95). בניגוד לעצב ולשריר, פוטנציאל הפעולה הלבבי נמשך כמה מאות אלפיות שניות בגלל שלב דפולריזציה ממושך (רמה), תוצאה של ניגודיות פנימה (בעיקר Na + ו-Ca 2+) והחוצה (K+) יונית. זרמים. קיטוב מחדש מתרחש כאשר הזרם החיצוני נטו עולה על הזרם הפנימי נטו. התנהגות שאינה משביתה של Na מוטנטי לבביVChs יעביר את האיזון הזה לעבר זרם פנימה ויעכב את תחילת הקיטוב מחדש, ובכך יאריך את משך פוטנציאל הפעולה ואת מרווח ה-QT המתאים (איור ​ (איור 5). 5). ריפולריזציה מושהית גורמת להפרעות קצב חדריות על ידי הגזמה של פיזור העקשנות ברחבי שריר הלב והגדלת ההסתברות ל- afterdepolarization מוקדם, תופעה הנגרמת בעיקר על ידי הפעלה מחדש של תעלות סידן במהלך רמת פוטנציאל הפעולה (96). שתי התופעות הללו יוצרות תנאים המאפשרים לאותות חשמליים מאזורים דפולריים בלב לעורר מחדש בטרם עת שריר לב סמוך שכבר עבר קיטוב מחדש, הבסיס להפרעת קצב חוזרת. הוכחה נוספת לתפקיד של Na לבביVמוטציות Ch ב-LQTS הגיעו ממחקרים על עכברים הטרוזיגוטיים ל-LQTS אב טיפוסי SCN5A מוטציה (delKPQ). לעכברים אלה יש הפרעות קצב חדרים ספונטניות מסכנות חיים וזרם Na + מתמשך במיוציטים של הלב (97). SCN5A מוטציות הקשורות ל- SIDS מציגות גם פנוטיפ ביו-פיזי זה, דבר המצביע על קשר פתופיזיולוגי עם LQTS (67, 68).

בסיס אלקטרופיזיולוגי ל-LQTS. (א) קשר של א.ק.ג משטח (למעלה) עם פוטנציאל פעולה לבבי מייצג (למטה). מרווח ה-QT מקרוב את משך פוטנציאל הפעולה. זרמים יוניים בודדים האחראים על שלבים שונים של פוטנציאל הפעולה מסומנים. (ב) הארכה של מרווח ה-QT ופוטנציאל פעולת לב חריג תואם (כחול) הנובע מזרם נתרן מתמשך. אניכ, זרם סידן אניK1, זרם מיישר פנימה אניKr, מרכיב מהיר של זרם מיישר מושהה אניKs, רכיב איטי של זרם מיישר מושהה אנילא, זרם נתרן אניל, זרם חיצוני חולף.

הבסיס הסלולרי המוצע של תסמונת Brugada כרוך בהפחתה ראשונית בזרם הנתרן בשריר הלב, אשר מגזימה את ההבדלים בפוטנציאל הפעולה בין השכבות הפנימיות (אנדוקרדיום) והחיצוניות (אפיקריום) של שריר החדרים (96, 98, 99). הבדלים אלו קיימים בתחילה בגלל חלוקה לא שוויונית של תעלות אשלגן האחראיות לזרם החולף החוצה (אניל), זרם מקוטב מחדש בולט יותר בשכבה האפיקרדית התורם לצורת השפיץ והכיפה האופיינית של פוטנציאל הפעולה הלבבי. זרם Na + מופחת של שריר הלב יגרום לקיצור לא פרופורציונלי של פוטנציאל הפעולה האפיקרדיולי בגלל חוסר התנגדות אניל, המוביל לשיפוע מתח טרנס-מוראלי מוגזם, פיזור של קיטוב מחדש, ומצע המקדם הפרעות קצב חוזרות (איור ​ (איור 6). 6). השערה זו אומתה באמצעות מודלים של בעלי חיים ושיטות חישוביות. התיאוריה עוזרת להסביר את דפוס ה-ECG האופייני שנצפה בתסמונת Brugada ואת ההשפעות של NaVחומרים חוסמי Ch להחמרת הפנוטיפ.

בסיס אלקטרופיזיולוגי לתסמונת ברוגדה. (א) השוואה בין פוטנציאל הפעולה האנדוקרדיאלי והאפיקרדאלי בלב תקין. פוטנציאל הפעולה האפיקרדיאלי קצר יותר בגלל זרם חולף חיצוני גדול. (ב) פוטנציאל הפעולה האנדוקרדיאלי והאפיקרדאלי בתסמונת ברוגדה. זרם נתרן מופחת גורם לקיצור לא פרופורציונלי של פוטנציאל הפעולה האפיקרדאלי וכתוצאה מכך הגזמה של שיפוע המתח הטרנס-מורלי (חץ כפול אופקי).

תואם זרם נתרן מופחת כאירוע הפתופיזיולוגי העיקרי בתסמונת ברוגדה, רבים SCN5A מוטציות הקשורות למחלה זו גורמות לשגיאות מסגרות, פגמים באתר שחבור או קודוני עצירה מוקדמים (59, 100) אשר צפויים לייצר ערוצים לא מתפקדים. יתר על כן, כמה מוטציות Missense הוכחו כלא מתפקדות בגלל פגיעה בסחר בחלבונים לממברנת התא או שיבוש משוער של מוליכות Na + דרך הערוץ (101�). עם זאת, מוטציות Missense אחרות הקשורות לתסמונת Brugada הן פונקציונליות אך יש להן פגמים ביו-פיזיקליים שצפויים להפחית את זמינות הערוצים, כגון תלות שונה במתח של הפעלה, השבתה מהירה יותר והשבתה איטית משופרת (105�).

פתופיזיולוגיה של תפקוד לקוי של SCN5A בהפרעות הולכה לבבית.

פגמים ב-Na הלבביVתפקוד Ch עקב מוטציות הקשורות להפרעות בהולכה לבבית מציגים תכונות ביו-פיזיקליות מורכבות יותר (61, 62). בדרך כלל נצפו מוטציות הגורמות לליקויים בהולכה מבודדים כגורמות ל-Na מופחתVזמינות Ch כתוצאה מהפרעות מעורבות בשער. במקרה של משפחה הולנדית המפרידה אלל מיסנס ספציפי (G514C), המוטציה גורמת לשינויי דה-פולריזציה לא שווים בתלות המתח של הפעלה ואי-אקטיבציה כך שמספר קטן יותר של ערוצים מופעלים במתחי סף טיפוסיים (61). מודלים חישוביים של שינויים אלה תומך במהירות הולכה מופחתת, אך ברמת ה-Na החזויהVאובדן Ch אינו מספיק כדי לגרום לקיצור פוטנציאל הפעולה האפיקרדיאלי, מה שמסביר מדוע אנשים אלו אינם מתבטאים בתסמונת Brugada. שניים אחרים SCN5A מוטציות הגורמות להפרעות הולכה מבודדות (G298S ו-D1595N) צפויות גם להפחית את זמינות הערוצים על ידי שיפור הנטייה של ערוצים לעבור אי-אקטיבציה איטית בשילוב עם תערובת מורכבת של פגמי רווח ואובדן תפקוד (62). עם זאת, אללים אחרים המפגינים אובדן מוחלט של תפקוד נקשרו גם למחלת הולכה לבבית מבודדת (108, 109) ללא תסמונת Brugada. תצפיות אלו מצביעות על כך שגורמי מארח נוספים עשויים לתרום לקביעה אם מוטציה תתבטא ברגישות להפרעות קצב או בהולכה לקויה. רעיון זה נתמך על ידי התבוננות כי יחיד SCN5A מוטציה גורמת לתסמונת Brugada או ליקויי הולכה מבודדים אצל חברים שונים במשפחה צרפתית גדולה (88).

תכונות ביו-פיזיקליות של Na mutant cardiacVChs הקשורים לפנוטיפים משולבים הם גם מורכבים יותר. זוהתה מוטציה של החדרה בתוך המסגרת (1795insD) במשפחה המפרידה הן LQTS ותסמונת Brugada (63). מוטציה זו גורמת לפגם באינאקטיבציה וכתוצאה מכך לזרם Na + מתמשך האופייני לרוב האחרים SCN5A מוטציות הקשורות ל-LQTS, אך היא גם מעניקה אי-אקטיבציה איטית מוגברת עם זמינות מופחתת של ערוצים שאופיינית יותר לתסמונת Brugada (63). 2 החריגות הביו-פיזיקליות צפויות לפתח נטייה להפרעות קצב חדריות בקיצוניות של קצב הלב על ידי מנגנונים שונים (110). בעוד שזרם מתמשך יאריך את מרווח ה-QT במידה רבה יותר בקצב לב איטי, אי הפעלה איטית משופרת מונעת תאי שריר הלב לאובדן תלוי פעילות של NaVזמינות Ch בתעריפים מהירים. במקרה חריג אחר, מחיקה של ליזין-1500 אינץ' SCN5A היה קשור לשילוב הייחודי של LQTS, תסמונת Brugada והולכה לקויה באותה משפחה (65). המוטציה פוגעת באינאקטיבציה, וכתוצאה מכך זרם Na + מתמשך, ומפחיתה NaVזמינות Ch על ידי התנגדות לשינויים בתלות המתח של חוסר הפעלה והפעלה.

שלא כמו LQTS, תסמונת ברוגדה ומחלת הולכה לבבית מבודדת, שבה אנשים שנפגעו הם הטרוזיגוטיים ל-Na בודדVמוטציות Ch, ישנם מקרים שבהם אנשים עם ליקויים חמורים בהולכה לבבית ירשו מוטציות משני ההורים. Lupoglazoff et al. תיאר ילד הומוזיגוט בגלל פספוס SCN5A אלל (V1777M) שהציג LQTS עם בלוק הולכה אטריו-חדרי תלוי-קצב (86). בדו"ח נפרד, פרובנדים מ-3 משפחות הראו ברדיקרדיה בסינוס סביב הלידה המתקדמת לעמידה פרוזדורית (תסמונת סינוס חולה מולדת) ונמצאו כבעלי הטרוזיגוטיות מורכבת למוטציות ב SCN5A (85). הטרוזיגוסיות תרכובת ב SCN5A נצפתה גם ב-2 תינוקות עם טכיקרדיה מורכבת רחבה של יילודים ולקוי הולכה לבבי כללי (111). בכל מקרה של הטרוזיגוטיות מורכבת, אנשים ירשו מוטציה לא תפקודית או לא מתפקדת חמורה מהורה אחד ואלל שני עם פגמים ביו-פיזיים קלים מההורה השני. מעניין לציין שההורים שהיו נשאים של מוטציות בודדות היו א-סימפטומטיים, מה שמצביע על כך שיש להם מחלה תת-קלינית או גורמי מארח אחרים שהעניקו הגנה. הדוגמאות החמורות בצורה יוצאת דופן של SCN5Aהפרעות הולכה לבבית מקושרות ממחישות את התוצאה הקלינית של אובדן כמעט מוחלט של NaVפונקציית Ch. היעדר מוחלט של העכבר Scn5a לוקוס גורם לקטלניות עוברית (112), וסביר להניח שמחיקה הומוזיגוטית או השבתה של בני אדם SCN5A גם לא תואם את החיים.

אסטרטגיות טיפול עבור תעלות נתרן לב.

אפשרויות טיפוליות ספציפיות עבור SCN5A-הפרעות מקושרות מוגבלות. β-חוסמי אדרנרגי נותרו קו הטיפול הראשון ב-LQTS, אם כי אסטרטגיית טיפול זו עשויה להיות פחות יעילה בסביבה של SCN5A מוטציות (113). עדויות קליניות ומבחנה מצביעות על כך שמקסילטין עשוי לנטרל את זרם ה-Na + החריג ולקצר את מרווח ה-QT (114, 115) ב SCN5A נשאי מוטציה, אם כי אין נתונים המצביעים על שיפור בתמותה. מקסילטין הוכח גם כמציל סחר פגום SCN5A מוטנטים במבחנה (116). כמו כן, נמצא כי פלקאיניד מקצר את מרווחי ה-QT במצב מסוים SCN5A מוטציות (117, 118), אך חלקן העלו דאגה לגבי הבטיחות של אסטרטגיה טיפולית זו (119). תרופות נוגדות הפרעות קצב מסוג Class III (quinidine, sotalol) עשויים להיות מועילים בתסמונת Brugada (120, 121). טיפול במכשיר (דפיברילטור מושתל עבור LQTS ו-Brugada קוצב להפרעות הולכה) הוא גם אפשרות טיפול חשובה.


פוטנציאל פעולה לבבי

הלב מורכב כמעט כולו משריר, אבל כל אחד מארבעת החדרים מתכווץ בצורה מתוזמן כך שדם זורם מהפרוזדורים לחדרים ואז החוצה מהלב. הגירוי להתכווצות נובע מקוצב לב (ראה להלן) בתוך הלב עצמו, ולא מכניסות עצביות כמו בשרירי השלד. פוטנציאל הפעולה מקוצב זה באטריום הימני נישאים על ידי תאי שריר שונה הפועלים ככבלים, הנושאים את פוטנציאל הפעולה לתוך החדרים, אשר לאחר מכן מתכווצים. כל דבר שישתבש בקוצב או במערכת ההולכה ישפיע על אופן פעימת הלב, ואולי יפגע במילוי ובריקון החדרים.

חיווט חשמלי של הלב

בלב תקין, תאי קוצב לב בצומת הסינוטריאלי (צומת SA) שולטים בקצב ההתכווצויות של הלב. פוטנציאל הפעולה שנוצר באופן מחזורי על ידי צומת ה-SA מתפשט סביב האטריום הימני והאטריום השמאלי, וגורם להם להתכווץ, ומכריח את תוכנם לתוך החדרים. גל זה של דה-פולריזציה מגיע לאחר מכן לצומת האטrioventricular (צומת AV) שהוא נקודת הכניסה לפוטנציאל הפעולה לחדרים. הפרוזדורים והחדרים מבודדים חשמלית זה מזה על ידי מה שנקרא שלד הלב. זה מורכב ממסגרת של רקמת חיבור (לא עצם כפי שהשם עשוי לרמז) המבודדת את הפרוזדורים והחדרים ומספקת מסגרת לתמיכה במסתמי הלב. הצומת AV מתחבר לצרור של His, שהוא למעשה כבל להוליך פוטנציאל פעולה ולהפיץ אותם לתוך החדרים. באופן מכריע, ההולכה דרך צומת ה-AV עצמו מעט איטית (בערך 100 אלפיות השנייה), ומונעת מעירור החדרים להתרחש לפני שהפרוזדורים סיימו להתכווץ.

הצרור של His מורכב מסיבי Purkinje, שהם תאי שריר שעברו שינוי ומנהלים דה-פולריזציה מהר יותר מאשר תאי שריר. באופן זה, פוטנציאל הפעולה מתפזר סביב כל שרירי החדרים פחות או יותר בו זמנית, במקום להתפשט לאט כגל. זה מייצר כיווץ יעיל ומהיר של החדרים. אם משהו משתבש במערכת ההולכה, מתרחשת חסימת לב. ההשפעות של זה על ביצועי הלב תלויות באתר ובאופי החסימה במערכת.

קוצבי לב

צומת ה-SA אינו האזור היחיד בלב המסוגל ליצור פוטנציאל פעולה מחזורי, הוא רק הדומיננטי שגובר על האחרים. צומת ה-AV יכול גם ליצור פוטנציאל פעולה, אך הוא יורה ב-40-60 פוטנציאל פעולה בלבד לדקה בהשוואה לקצב SA node המהיר יותר של 70-100. אז, פוטנציאל פעולה מצומת ה-SA יעשה דה-פולריזציה של צומת ה-AV לפני שהייתה לו הזדמנות ליצור פוטנציאל פעולה שהוא "מונע" על-ידי צומת ה-SA. הצרור של His מסוגל לבצע אוטומטיות גם כאשר הוא אינו מונע על ידי צומת SA. לכן, כאשר משהו משתבש בהולכה לחדרים הם עשויים עדיין להתכווץ, אך באופן ספונטני ולא מסונכרן עם הפרוזדורים. אלה ידועים בתור פעימות חוץ רחמיות.

פוטנציאל פעולה של צומת SA

הבסיס האלקטרו-פיזיולוגי של פוטנציאל קוצב הלב של צומת SA הוא קטע ביולוגיה מרתק. אתה באמת יכול להוציא את הלב של מישהו מהגוף שלו והוא עדיין היה פועם כי צומת ה-SA לא דורש שום קלט עצבי יוצר פוטנציאל פעולה. אוסף קטן של תעלות יונים הנפתחות והנסגרות לפי כללים פשוטים הוא כל מה שנדרש כדי לייצר אוטומטיות. הנה הגרסה הפשוטה של ​​איך זה עובד (ראה איור 2, צד שמאל):

  • The membrane is leaky to K+ most of the time, but is much leakier when voltage dependent potassium channels open in response to depolarisation. So, the membrane potential is determined mainly by K+, and if depolarisation occurs then the increased K+ current that follows in response will drive membrane potential back down again.
  • Na + also leaks into SA nodal cells and this current was termed for many years as the funny current, or אניו. It’s an odd (funny) channel because it is voltage-dependent but opens during membrane hyperpolarisation rather than depolarisation. This slow, depolarising baseline drift is the key to automaticity. SA nodal cells constantly depolarise slowly, except during hyperpolarisation – such as when K+ leaves the cell abruptly (see above).
  • There are two sets of voltage-gated Ca 2+ channels that contribute to the upstroke of the action potential. The first channel to come into play is the T-type Ca 2+ channel, which opens at a specific level of membrane depolarisation. These open transiently (thus T-type), providing the initial depolarising kick to fire the action potential proper, which is mediated by the opening of L-type (L for long-lasting) Ca 2+ channels. In non-pacemaker atrial myocytes this entry of Ca 2+ causes contraction.
  • After a brief delay the L-type calcium channels close and the voltage gated K + channels open, resetting the membrane potential. This hyperpolarisation opens the Na + leak channels, starting the process again. Without this creeping depolarisation, the membrane potential would sit at the same level and the pacemaker would cease.

In years past, this simple description of the SA node action potential sufficed, but we know a lot more now. By combining molecular biological and electrophysiological techniques we have identified each individual protein involved and the genes that encode them. In this way we have come to understand, for example, that what we used to think of as simply a potassium current is really a collection of potassium channels acting in concert. The current conducting the funny current now has a name - HCN4 - which lacks charm entirely. Decide for yourself how much extra detail you need to add to the simple model above. Much more detailed versions are abound, but might be beyond your needs!

Ventricular action potentials

Ventricular myocytes have no capacity for generating action potentials and their resting membrane potential rests at a stable level until an action potential from arrives from the bundle of His. This initiates the ventricular action potential which leads to an increase in Ca 2+> entry and contraction of the myocyte. The action potential in ventricular myocytes differs from the SA nodal action potential, more closely resembling the action potential in skeletal muscle (Figure 2, right hand side):

  • Fast Na + channels open, rapidly depolarising the cell.
  • This opens L-type Ca 2+> channels, as in SA node cells. This Ca 2+ entry initiates contraction.
  • Voltage-gated K + channels open as the Na + and Ca 2+ begin to close, causing hyperpolarisation and bringing the membrane potential back to its resting level.

As in skeletal muscle, there is a refractory period during which ventricular myocytes cannot sustain an action potential due to the inactivation of Na + channels. Unlike skeletal muscle, this period is quite long in ventricular myocytes, so that tetanic contraction is impossible. This ensures that after contraction relaxation occurs, allowing the filling of the ventricles.

Autonomic control of the SA node

The rate of production of action potentials by the SA node is limited by how fast Na + leaks in through HCN channels – the funny current. If more HCN channels are open, Na + leaks in faster, reaching the threshold for activating voltage-dependent Ca 2+ channels more quickly and shortening the distance between action potentials (Figure 3).

The sympathetic and parasympathetic branches of the autonomic nervous system have opposite effects on heart rate by opening and closing HCN channels (Figure 4). Noradrenaline released by sympathetic nerves binds to β1 adrenoceptors which couple via the G-protein Gs (s for stimulate) which stimulates the enzyme adenylate cyclase to increase production of the second mediator cyclic AMP (cAMP). Adrenaline circulating in the blood also binds β1 adrenoceptors. HCN channels are sensitive to cAMP and open when levels rise. Thus, the funny current is increased and the time between SA node action potentials decreases. Acetylcholine released by parasympathetic nerves has the opposite effect since it binds to M2 muscarinic receptors which are linked to Gi, inhibiting adenylate cyclase and hence closing HCN channels.


Properties of the Cardiac Muscle | Cardiovascular System | ביולוגיה

The physiological properties of the cardiac muscle are: 1. Rhythmicity 2. Excitability 3. Contractility 4. Conductivity.

Property # 1. Rhythmicity/Automaticity/Chronotropism:

In the myocardium, automaticity is the ability of the cardiac muscles to depolarize spontaneously, without external electrical stimulation from the nervous system.

The sinoatrial node (SA node) is a group of cells positioned on the wall of the right atrium, near the entrance of the superior vena cava. These cells are modified cardiac myocytes. They possess some contractile filaments, though they only contract relatively weakly.

Cells in the SA node spontaneously depolarize, resulting in contraction, approximately 100 times per minute. This native rate is constantly modified by the activity of sympathetic and parasympathetic nerve fibers, so that the average resting cardiac rate in adult humans is about 70 beats per minute. Because the sinoatrial node is responsible for the rest of the heart’s electrical activity, it is sometimes called the primary pacemaker.

ii. Secondary Pacemaker:

If the SA node does not function, a group of cells further down the heart will become the heart’s pacemaker, this is known as an ectopic pacemaker. These cells form the atrioventricular node (AV node), which is situated beneath the endocardium at the lower right posterior portion of the interatrial septum near the opening of the coronary sinus above the tricuspid valve.

The cells of the AV node normally discharge at about 40-60 beats per minute, and are called the secondary pacemaker.

iii. Tertiary Pacemaker:

Further down the electrical conducting system of the heart is the bundle of His. The left and right branches of this bundle, and the Purkinje fibers, will also produce a spontaneous action potential at a rate of 30-40 beats per minute, if the SA and AV node both do not function.

The reason the SA node controls the whole heart is that its action potentials are released most often to the heart’s muscle cells this will produce contraction. The action potential generated by the SA node passes down the cardiac conduction system, and arrives before the other cells have had a chance to generate their own spontaneous action potential. This is the normal conduction of electrical activity within the heart.

Generation of Action Potentials:

There are three main stages in the generation of an action potential in a pacemaker cell.

א. Pacemaker Potential:

The key to the rhythmic firing of pacemaker cells is that, unlike muscle and neurons, these cells will slowly depolarize by themselves.

The resting potential of a pacemaker cell (-55 mV to -60 mV) is caused by a continuous outflow or “leak” of potassium ions through ion channels in the membrane. This potassium permeability decreases as time goes on, partly causing the slow depolarization. As well as this, there is a slow inward flow of sodium, called the funny current, as well as an inward flow of calcium, through transient Ca 2+ channel (T-channel). This all serves to make the cell more positive.

This relatively slow depolarization continues until the threshold potential is reached. Threshold is bet­ween -40 mV and -50 mV. When threshold is reached, the cells enter phase of depolarization.

Though much faster than the depolarization caused by the funny current and decrease in potassium permeability above, the upstroke in a pacemaker cell is slow, as compared to that in an axon.

The SA and AV node do not have fast sodium channels like neurons, and the depolarization is mainly caused by a slow influx of calcium ions. (The funny current also increases). The calcium is let into the cell by voltage-sensitive calcium channels (long lasting or L-type channel) that open when the threshold is reached.

The calcium channels are rapidly inactivated, soon after they open. Sodium permeability is also decreased. Potassium permeability is increased, and the efflux of potassium (loss of positive ions) slowly repolarises the cell.

Factors Affecting Myocardial Rhythmicity:

1. Cardiac Innervation:

א. Sympathetic Stimuli:

It releases noradrenaline, which acts on the beta 1 receptors causing rapid opening of Ca channels, accelerating the rate of depolarisation. As a result, the slope of depolarization increases, causing increased rate of SA node firing and increased heart rate.

ב. Parasympathetic Stimuli (Vagus):

It releases acetylcholine which acts on the muscarinic receptors, causing opening of K + channels, increases SA node membrane permeability to K + results in more K + efflux and decreased membrane permeability to Ca 2+ results in less Ca 2+ influx. As a result, the pre- potential slope decreases, causing decreased rate of SA node firing and decreased heart rate.

2. Effect of Ion Concentrations in ECF:

Decreased K + increases rhythmicity. Increased K + decreases rhythmicity (stops heart in diastole).

If increased, initiate rhythmicity, but cannot maintain it.

א. Warming ― Increases rhythmicity

ב. Cooling ― Decreases rhythmicity.

ג. Exercise ― Increases heart rate as a result of increased sympathetic nerve stimulation and decreased vagal inhibition to SA node.

ד. Endurance-trained athletes ― Resting bradycardia due to high vagal activity.

4. Chemical Factors (Drugs):

א. Thyroid hormones and catecholamine ― Increases rhythmicity.

ב. Acetylcholine decreases rhythmicity.

ג. Hypoxia ― Decreases rhythmicity.

Property # 2. Excitability (Bathmotropism):

Is the ability of cardiac muscle to respond to adequate stimuli by generating an action potential.

Action Potential of Ventricular Muscle:

אני. Ventricular muscle has a resting membrane potential of -90 mV.

ii. The transmembranous action potential overshoots to a potential of +20 mV.

iii. Transmembranous action potential of ventricular muscle is characterized by presence of 5 phases. Phase 0 = Rapid depolarization.

iv. Opening of fast Na + channels increased Na + influx. Phase 1 = Rapid repolarization/1st rapid repolari­zation.

v. Closure of Na + channels, decreased K + permeability, and CI – influx.

vi. Opening of slow Ca 2+ channels (slow Ca 2+ Na + channels) increased Ca 2+ influx, with slow opening of K + channels.

Phase 3 = Slow repolarization/2nd rapid repolari­zation.

vii. Closure of slow Ca 2+ channels, with increased K + permeability increased K + efflux.

Phase 4 = Complete repolarization.

viii. Active Na + K + pump 2K+ in/3Na + out.

Excitability changes during the action potential

Passes through 2 periods:

1. Absolute refractory period (ARP)

2. Relative refractory period (RRP).

1. Absolute Refractory Period (ARP):

אני. The excitability of cardiac muscle is completely lost during this period, i.e. does not respond to 2nd stimulus however strong it may be.

ii. The duration is very long that occupies the whole period of systole.

iii. Corresponds to the period of depolarization (phase 0), and the first 2 phases of repolarization.

iv. Heart cannot be tetanized (continuous contraction), as its ARP occupies the whole contraction phase.

2. Relative Refractory Period (RRP):

אני. The excitability of cardiac muscle is partially reco­vered during this period, i.e. stronger stimuli than normal are required to excite the muscle.

ii. Occupies the time of diastole.

iii. Corresponds to the 3rd phase of repolarization.

iv. Can be affected by the heart rate, temperature, vagal stimulation, sympathetic stimulation and drugs.

Extrasystole and Compensatory Pause:

The refractory periods can be demonstrated in the beating heart of frog. If a stimulus is applied during systole, there is no response. If stimulus is applied during diastole, there is a contraction called extrasystole, which is of higher amplitude due to beneficial effect. The extrasystole is followed by a compensatory pause.

This pause occurs because when the next normal impulse from the sinus arrives, the heart is in absolute refractory period of extrasystole. Therefore, it has to wait for the next normal impulse to arrive. The interval between the contractions preceding and following the extrasystole is equal to the length of 2 cardiac cycles.

Postextrasystolic Potentiation:

Ventricular extrasystole increases myocardial contrac­tility so that the contraction following the extrasystole is stronger than the contraction preceding it. This is mainly due to greater availability of Ca ++ ions result­ing from previous contraction. This is called as postextrasystolic potentiation.

Factors Affecting Myocardial Excitability:

1. Cardiac Innervation:

אני. Sympathetic nerve stimulation increases excita­bility.

ii. Parasympathetic nerve stimulation (vagus) decreases excitability.

2. Effect of Ions Concentration in ECF:

אני. Increased Ca 2+ and increased Na + → increases excitability.

ii. Increased K + → increases excitability.

אני. Rise in temperature increases excitability.

ii. Decrease in temperature decreases excitability.

Insufficient blood flow to cardiac muscle decrea­ses excitability and myocardial metabolism for three reasons:

ב. Excess accumulation of CO2

ג. Lack of sufficient food nutrients.

5. Chemical Factors (Drugs):

Digitalis increases excitability.

Relation between the Actions Potential and the Mechanical Response:

אני. The mechanical response consists of contraction (systole) and relaxation (diastole).

ii. Cardiac muscle begins to contract a few milliseconds after the action potential begins, and continues to contract until a few milliseconds after the action potential ends.

iii. Duration of contraction ― 0.2 sec in atrial muscle, and 0.3 sec in ventricular muscle.

iv. Diastole begins at the end of the plateau.

2nd rapid repolarization is completed at about the middle of diastole.

Property # 3. Contractility/Inotropism:

It is the ability of the cardiac muscle to convert electrical energy into mechanical work. Myocardial fibers have ‘functional syncytium’ and not ‘anatomical syncytium’, because they present in contact but not in continuity.

אני. Strength of myocardial contraction determines the heart pumping power.

ii. Mechanism of contraction depends on the contrac­tile filaments, which contain the protein molecules (actin and myosin).

Excitation-Contraction Coupling in Cardiac Muscle:

Is the mechanism by which action potential causes myofibrils of cardiac muscle to contract. When action potential passes over cardiac muscle membrane, it also spreads to interior of cardiac muscle fiber along membranes of transverse (T) tubules. Extracellular Ca 2+ diffuses down gradient into cell through T- tubules. This Ca 2+ stimulates opening of Ca 2+ channels in sarcoplasmic reticulum (calcium induced calcium release).

Finally, the Ca 2+ released from here, binds to troponin and stimulates contraction (same mechanisms as in skeletal muscle). At the end of plateau of cardiac action potential, i.e. during repolarization, Ca 2+ in sarcoplasm is rapidly and actively transported and pumped out of the cell via a Na + – Ca 2+ – exchanger, back into both sarcoplasmic reticulum and T-tubules resulting in cessation of the contraction until new action potential occurs.

Factors affecting Myocardial Contractility:

1. Cardiac Innervation:

אני. Sympathetic nerve stimulation increased force of contraction.

ii. Parasympathetic nerve stimulation (vagus) decreased atrial force of contraction with no significant effect on ventricular muscle.

Hypoxia decreases contractility.

3. Calcium and Potassium Ions Concentration in ECF:

אני. Increase in Ca 2+ increases contractility.

ii. Increase in K+ increases contractility.

אני. Warming increases contractility.

ii. Cooling decreases contractility.

5. Hormonal and Chemical Factors (Drugs):

אני. Positive inotropics ― (Adrenaline, noradrenaline, alkalosis, digitalis, Ca 2+ , caffeine).

ii. Negative inotropics ― [Acetylcholine, acidosis, ether, chloroform, some bacterial toxins (e.g. diphtheria toxins), K + ].

Characteristics of Contractility:

א. Cardiac muscle obeys ‘all-or-none law’. A single sub-minimal stimulus does not evoke any response, but minimal or threshold stimuli lead to maximal cardiac contraction, and further increase in stimulus strength does not increase the contraction.

ב. Cardiac muscle cannot be stimulated while it is con­tracted, because its excitability during contraction is zero due to long absolute refractory period, so it cannot be tetanized.

ג. Cardiac muscle can perform both isometric and isotonic types of contractions.

ד. Starling’s law of the heart “Length-tension relationship”. Within physiological limits, the greater the initial length of the fiber, the stronger will be the force of its contraction however, overstretching the fiber as in heart failure its power of contractility decreases.

ה. Staircase phenomenon/Treppe ― If several adequate stimuli of same strength are applied in quick succession, the first few contractions show a pro­gressive increase in amplitude, after that it becomes standstill. The initial increase is due to increase of temperature, H + ion and Ca ++ ion concentrations resulting from previous contractions. This is referred to as staircase phenomenon.

ו. Summation of sub-minimal stimuli. A single sub-­minimal stimulus is ineffective. But if two or more such stimuli are applied in quick succession, there is a response. This is due to summation of all the local excitatory states caused by each sub-minimal stimulus.

Property # 4. Conductivity (Dromotropism):

Is the ability of cardiac muscle fibers to conduct the cardiac impulses that are initiated in the SA node (the pacemaker of the heart) (Fig. 6.10).

Under normal conditions, electrical activity is spon­taneously generated by the SA node, the physiological pacemaker. This electrical impulse is propagated throughout the right atrium, and through Bachmann’s bundle to the left atrium, stimulating the myocardium of both atria to contract. As the electrical activity is spreading throughout the atria, it travels via specia­lized pathways, known as internodal tracts, from the SA node to the AV node.

They comprise of three namely, anterior bundle of Bachmann, middle-Wenkebach, and posterior bundle of Thorel.

The AV node functions as a critical delay in the conduc­tion system. Without this delay, the atria and ventricles would contract at the same time, and blood would not flow effectively from the atria to the ventricles.

The distal portion of the AV node is known as the bundle of His. The bundle of His splits into two bran­ches in the interventricular septum, the left bundle branch and the right bundle branch. The left bundle branch activates the left ventricle, while the right bundle branch activates the right ventricle. The left bundle branch is short, splitting into the left anterior fascicle and the left posterior fascicle.

5. Purkinje Fibers/Ventricular Myocardium:

The two bundle branches taper out to produce numerous Purkinje fibers, which stimulate individual groups of myocardial cells to contract.

Sequence of Events in Cardiac Conduction:

SA node depolarizes and the impulse spreads across the atrial myocardium and through the internodal fibers to the AV node. AV node picks up the impulse and transfers it to the bundle of His. This produces the major portion of the delay seen in the cardiac cycle.

It takes approximately 0.03 sec from SA node depolarization to the impulse reaching the AV node, and 0.13 seconds for the impulse to get through the AV node and reach the bundle of His. Also during this period the atria repolarize. From the AV node the impulse travels through the bundle branches and through the Purkinje fibers to the ventricular myocardium, causing ventricular depolarization and then repolarization occurs.

The Direction of the Impulse (Fig. 6.11):

1st → Atrial spread from SA node conductive tissue to ventricles

2nd → Ventricular spread from apex of the heart to base, via Purkinje fibers to the endocardial surface of ventricles.

Left bundle branch starts before right bundle branch, as left ventricular wall is thicker so the impulse needs more enough time to reach. Accordingly both ventricles will contract together.

The Conduction Velocities of the Impulse:

AV node – 0.01 m/sec (slowest)

Purkinje fibers – 4.00 m/sec (fastest)

Atrial and ventricular muscles – 0.3 to 0.4 m/sec

The slowest conduction velocity in AV node: Because it has few number of intercalated discs.

Importance ― To allow sufficient time for ventricles to be filled with blood before they contract.

The fastest conduction velocity in Purkinje fibers

Importance ― To allow the 2 ventricles to contract at the same time simultaneously.

Factors affecting Myocardial Conductivity:

1. Cardiac Innervation:

אני. Sympathetic nerve stimulation ― Increases conductivity.

ii. Parasympathetic nerve stimulation (vagus) ― Decreases conductivity.

2. Effect of Ions Concentration in ECF:

אני. Increase in Ca 2+ → Increases conductivity.

ii. Increase in K + → Increases conductivity.

אני. Rise of temperature increases conductivity.

ii. Decreases temperature decreases conductivity.

Insufficient blood flow to cardiac muscle decreases conductivity and myocardial metabolism for three reasons:


צמתים מרווחים

Gap junctions allow the spontaneous depolarization and action potential generated by pacemaker cells to be transferred to contractile cells. Positive ions move through these cell-to-cell cytoplasmic connections (gap junctions) from pacemaker (autorhythmic) cells to contractile cells and between neighboring contractile cells. This flow of positive ions initiate small voltage changes in contractile cells (Vm goes from about -90mV to -85mV) that depolarize the proximal Na+ voltage-gated channels enough that they flip open, and allow sodium to flow into the cell and depolarize it further. It is through these connections that the pacemaker cells are able to set the rate of contraction for all contractile cells of the heart. Uncoordinated contraction of myocytes and the interruption of normal automaticity are the root of many heart disorders such as tachycardia and bradycardia, so the importance of gap junctions cannot be overlooked when discussing cardiac action potentials. [25]


Conduction Of Action Potentials Within The Heart

The action potentials generated by the SA node spread throughout the atria primarily through cell-to-cell conduction (Fig. 2-10).

FIGURE 2-10 Cell-to-cell conduction. Cardiac cells are connected together by low-resistance gap junctions between the cells, forming a functional syncytium. When one cell depolarizes, depolarizing currents can pass through the gap junctions and depolarize adjacent cells, resulting in a cell-to-cell propagation of action potentials.

FIGURE 2-10 Cell-to-cell conduction. Cardiac cells are connected together by low-resistance gap junctions between the cells, forming a functional syncytium. When one cell depolarizes, depolarizing currents can pass through the gap junctions and depolarize adjacent cells, resulting in a cell-to-cell propagation of action potentials.

When a single myocyte depolarizes, positive charges accumulate just inside the sar-colemma. Because individual myocytes are joined together by low-resistance gap junctions located at the intercalated disks, ionic currents can flow between two adjoining cells. When these ionic intercellular currents are sufficient to depolarize the adjoining cell to its threshold potential, an action potential is elicited in the second cell. Through this current spread or conduction between adjacent cells, action potentials are propagated throughout the atria. Action potentials in the atrial muscle have a conduction velocity of about 0.5 m/sec, which is similar to that of ventricular muscle (Fig. 2-11). Although the conduction of action potentials within the atria is primarily between myocytes, some functional evidence (although controversial) points to the existence of specialized conducting pathways within the atria, termed internodal tracts. As each wave of action potentials originating from the SA node spreads across and depolarizes the atrial muscle, it initiates excitation-contraction coupling (see Chapter 3).

Nonconducting connective tissue separates the atria from the ventricles. Action potentials normally have only one pathway available to enter the ventricles, a specialized region of cells called the atrioventricular (AV) node. The AV node, located in the inferior-posterior region of the interatrial septum, is a highly specialized conducting tissue (cardiac, not neural in origin) that slows the impulse con-

FIGURE 2-11 Conduction system within the heart. Conduction velocities of different regions are noted in parentheses. Note that Purkinje fibers have the highest conduction velocity and the atrioventricular (AV) node has the lowest conduction velocity. SA, sinoatrial.

Left & Right Bundle Branches (

FIGURE 2-11 Conduction system within the heart. Conduction velocities of different regions are noted in parentheses. Note that Purkinje fibers have the highest conduction velocity and the atrioventricular (AV) node has the lowest conduction velocity. SA, sinoatrial.

duction velocity to about 0.05 m/sec. This is one-tenth the velocity found in atrial or ventricular myocytes (see Fig. 2-11).

The delay in conduction between the atria and ventricles at the AV node is important. First, it allows sufficient time for complete atrial depolarization, contraction, and emptying of atrial blood into the ventricles prior to ventricular depolarization and contraction (see Chapter 4). Second, the low conduction velocity helps to limit the frequency of impulses traveling through the AV node and activating the ventricle. This is important in atrial flutter and fibrillation, in which excessively high atrial rates, if transmitted to the ventricles, lead to severe ventricular tachycardia and reduced cardiac output caused by inadequate time for ventricular filling.

Action potentials leaving the AV node enter the base of the ventricle at the bundle of His and then follow the left and right bundle branches along the interventricular septum. These specialized bundle branch fibers conduct action potentials at a high velocity (about 2 m/sec). The bundle branches divide into an extensive system of Purkinje fibers that conduct the impulses at high velocity (about 4 m/sec) throughout the ventricles. The Purkinje fiber cells connect with ventricular myocytes, which become the final pathway for cell-to-cell conduction within the heart.

The conduction system within the heart is important because it permits rapid, organized, near-synchronous depolarization and contraction of ventricular myocytes, which is essential to generate pressure efficiently during ventricular contraction. If the conduction system becomes damaged or dysfunctional, as can oc cur during ischemic conditions or myocardial infarction, this change can lead to altered pathways of conduction and decreased conduction velocity within the heart. The functional consequence is that it diminishes the ability of the ventricles to generate pressure. Furthermore, damage to the conducting system can precipitate arrhythmias.

Regulation of Conduction Velocity

The rate of cell-to-cell conduction is determined by several intrinsic and extrinsic factors. Intrinsic factors include the electrical resistance between cells and the nature of the action potential, particularly in the initial rate of depolarization (phase 0). As discussed earlier in this chapter, fast sodium channels are responsible for the rapid upstroke velocity of nonpacemaker action potentials. Increasing the number of activated fast sodium channels increases the rate of depolarization. The more rapidly one cell depolarizes, the more quickly an adjoining cell depolarizes. Therefore, conditions that decrease the availability of fast sodium channels (e.g., depolarization caused by cellular hypoxia), decrease the rate and magnitude of phase 0, thereby decreasing conduction velocity within the heart. In AV nodal tissue in which slow inward calcium primarily determines phase 0 of the action potential, alterations in calcium conductance alter the rate of depolarization and therefore the rate of conduction between AV nodal cells.

Extrinsic factors can influence conduction velocity, including autonomic nerves, circulating hormones (particularly catecholamines), and various drugs (Table 2-4). Autonomic


צפו בסרטון: פוטנציאל פעולה - הולכת אותות חשמליים בגוף (נוֹבֶמבֶּר 2022).