Tomasz H. Wierzba Elektrofizjogiczne uwarunkowania czynności serca 23-II-2012 Hard Heart

1. Tomasz H. Wierzba Elektrofizjogiczne uwarunkowania czynności serca 23-II-2012 Hard Heart 1. Dee Unglaub Silverthorn – Human Physiology; Pearson Int. 2007; 2. Ole H. Petersen: Human Physiology, Lecture Notes; Blackwell 2007; 3. A.C. Gyuton & J.E. Hall: Textbook of Medical Physiology; Elsevier, 2006; 4. W.F. Boron & E.L. Boulpaep: Medical Physiology, Elsevier, Saunders, 2005; 5. L.S.Constanzo Physiology, Lippincott Willains and Wilkins, 2007; 6. Sabyasachi Sircar: Principles of Medical Physiology, Thieme, 2008; 7. S.J. Konturek (red.) Fizjologia człowieka, Urban & Partner, 2007; 8. J. Górski (red.) Fizjologiczne podstawy wysiłku fizycznego, PZWL 2006; 9. W.Z. Traczyk, A. Trzebski (red.): Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej, PZWL, 2001

2. Pompa sodowo-potasowa – umożliwia ruch jonów w poprzek błony wbrew gradientowi stężeń

3. Geneza potencjału spoczynkowego

6. Potencjał równowagi dla danego jonu →

7. Potencjał równowagi dla danego jonu Równanie Nernsta-Goldmana (opisane także niezależnie przez: Hodgkina i Katza) Przeciętnie: Na+ + 60 mV K+ - 90 mV Cl- - 90 mV

8. Potencjał błonowy [mV] 0 - 55 - 70 Czas

9. Potencjał czynnościowy – zasada „wszystko albo nic” (0 lub 1) Potencjał błonowy [mV] 0 - 55 - 70 Czas

10. Potencjał błonowy [mV] 0 - 55 - 70 Czas

14. = Outward K+ Current Kanały Na+ zaktywowane Zmiana konfiguracji kanałów Na+

15. iCa++ iNa+

16. Action Potential Fizjologiczna aktywacja mięśnia sercowego Neuromuscular Junction Sarcolemma Ca2+ AChRs Sarcoplasmic Reticulum RyR Transverse Tubule DHPR Ca2+ Troponin Actin Tropomyosin Myosin

18. DHPR – receptory dihydropirydynowe DHPR tworzą kanały wapniowe należące do typu, które są kanałami potencjało-zależnymi, tzn. otwierają się przy przekroczeniu poziomu depolaryzacji progowej Aktywator – depolaryzacja Inhibitor - dihydropirydyna W komórkach mięśnia sercowego DHPR nie są mechanicznie sprzężone z RYR. Analogicznie do mięśni szkieletowych, aktywacja DHPR powoduje napływ Ca2+ do komórki, w obrębie triady. Lokalny wzrost Ca2+ powoduje otwarcie RYR i wypływ Ca2+ z SR. Ten mechanizm sprzężenia zwrotnego dodatniego z udziałem Ca2+ jest określany mianem CIRC (Calcium Induced Calcium Release)

20. Otwarcie kanału Na+ w fazie 0 “szybki kanał sodowy - iNa+

21. Faza 1 • Dokoczenie inaktywacji kanału of Na+ • Przejściowy zewnątrzkomórkowy prąd K+

22. Udział jonów Na+ i K+ w Fazie 0 i Fazie 1 Na+ current ends prąd Na+ Outward K+ current

23. Faza 2 (Plateau) • Wolny kanał wapniowy (kanał Ca++ typu L) równoważony przez : • Odśrodkowy prąd K+

24. Podstawowe rodzaje prądów potencjału czynnościowego komórek roboczych mięśnia sercowego Faza 1 (Ito K kanał) +60 mV Faza 2 (ICa, IKs, IKr) Faza 3 (IKs, IKr) Faza 0 (INa) Faza 4 (IK1) -80 mV Faza 4 – potencjał spoczynkowy

25. Currents that underlie the Cardiac Action Potential (AP) Phase 1 (KCND) +60 mV Faza 2 (CACNA1C, IKs, IKr) Faza 3 (KCNQ1+KCNE1) , KCNH2(HERG)+ KCNE2?) Faza 0 (SCN5A) Faza 4 (KCNJ1) -80 mV Phase 4 (diastole)

26. Contribution ofIon channels that underlie the cardiac AP Prądy depolaryzujące Prądy hiperpolaryzujące lub repolaryzujące

27. Currents in the heart

28. Purpose of currents

29. Action Potential Fizjologiczna aktywacja mięśnia sercowego Neuromuscular Junction Sarcolemma Ca2+ AChRs Sarcoplasmic Reticulum RyR Transverse Tubule DHPR Ca2+ Troponin Actin Tropomyosin Myosin

31. ATP-aza NCX K+ Na+ Na+ Na+ Ca++

32. Potencjał równowagi dla danego jonu Równanie Nernsta-Goldmana (opisane także niezależnie przez: Hodgkina i Katza)

33. Basic Electrophysiology Excitation- Contraction CouplingRegulation of Intracellular Calcium

34. NCX – wymiennik Na+/Ca++ Na+ In Cell ECF Nadmiar Ca++wskutek CIRC Nadmiar Ca++wskutek oddysocjowania Ca++ od kompleksu aktyna-miozyna Ca++na zewn.

35. Kanały wapniowe, wymienniki jonowe

36. Heterogenność sercowych potencjałów czynnościowych

38. Zestawienie: potencjał czynnościowy komórek rozrusznika I-rzędowego i mięśnia roboczego komór Szybki prąd sodowy i wolny prąd wapniowy Nie działa szybki prąd sodowy Ik+ - przykład prądu jonowego aktywowanego depolaryzacją If – (f –funny) – dośrodkowy prąd głównie Na+ z dodatkiem (20%) K+ - prąd aktywowany przez hiperpolaryzację.

39. Ik+ - przykład prądu jonowego aktywowanego depolaryzacją If – (f –funny) – dośrodkowy prąd głównie Na+ z dodatkiem (20%) K+ - prąd aktywowany przez hiperpolaryzację. Mechanizmy prepotencjału – powolnej (samoistnej) depolaryzacji spoczynkowej komórek rozrusznikowych Punkt odniesienia: potencjał równowagi dla danego jonu 1. Zamknięcie kanałów potasowych (w fazie 0 i 1 kanały K, które zwykle są otwarte powoli zamykają się – wpływ depolaryzacji; Zatem: mniej jonów K+ opuszcza komórkę = mniej kationów opuszcza komórkę → tendencja do zmniejszenia potencjału (depolaryzacji) komórki (przy równocześnie aktywnych innych prądach tła) 2.If – prąd aktywowany hiperpolaryzacją pod koniec fazy 3: dokomórkowy napływ jonów Na+ i (konwekcyjnie) K+ Skutek: depolaryzacja. Przede wszystkim włókna Purkynjego, ale także komórki rozrusznikowe węzła zatokowego i p-k. 3. Odkomórkowy prąd chlorkowy – występuje w niektórych komórkach, ale wydaje się mieć znaczenie marginalne 4. Dokomórkowy prąd wapniowy – teoretycznie może wywoływać depolaryzację, ale nie stwierdzono, żeby otwarcie błonowych kanałów wapniowych w znaczącym stopniu uczestniczyło w powolnej spoczynkowej depolaryzacji

40. Potencjał czynnościowy komórek rozrusznikowych Faza 0 Faza 2 b krótka, trudna do wyróżnienia Faza 3 Faza 4 Brak Fazy 1 2 0 3 4

41. Depolarization głownie przez napływ Ca++ Prądy jonowe - potencjału czynnościowego komórek węzłów SA i AV

42. napływ K+powoduje repolaryzację Kationy z sąsiadujących komórek Ca++ channel recovery Relative Refractory Period Ca++ channels activated

43. Okresy refrakcji bezwzględnej (ERP) i względnej (RRP)

44. SERCE - POTENCJAŁY CZYNNOŚCIOWE 0 0 Komórkowy potencjał czynnościowy (mV) Komórkowy potencjał czynnościowy (mV) -50 -50 -80 -80 -100 -100 10,0 10,0 Względna przepuszczalność błony komórkowej Względna przepuszczalność błony komórkowej 1,0 1,0 0,1 0,1 Szybko narastający potencjał czynnościowy Wolno narastający potencjał czynnościowy Faza 1 Faza 2 Faza 0 Faza 3 Faza 4 Faza 4 K+ K+ Na+ Na+ Ca2+ Ca2+ 0 0,15 0,30 0 0,15 0,30 Czas (sek) Czas (sek)

45. SERCE - POTENCJAŁY CZYNNOŚCIOWE Skurcz mięśnia mV Potencjał czynnościowy +30 Faza 0 – depolaryzacja Faza 1 – repolaryzacja wstępna Faza 2 – plateau potencjału Faza 3 – końcowa repolaryzacja Faza 4 – wyjściowy potencjał spoczynkowy 1 2 0 3 0 4 -90 100% ORB – okres refrakcji bezwzględnej ORW – okres refrakcji względnej ORC– okres refrakcji czynnościowej czas 0 ORC ORB ORW

46. Electrical system of the heart 3 possible Pacemakers – Primary – Sinoatrial node, Secondary – Atrioventricular node Tertiary – Purkinje fibers Atrioventricular node

48. Własny rytm rozrusznikowy: ROZRUSZNIK PIERWSZORZĘDOWYWęzeł zatokowy = 60– 90/min ROZRUSZNIK DRUGORZĘDOWYWęzeł przedsionkowo-komorowy = 40–60/min ROZRUSZNIKI TRZECIORZĘDOWE Włókna Purkinjego = 10 - 40/minKardiomiocyty komór serca < 30/min (5 – 30/min)

49. ICa+ IK+ INa+ MAJOR MYOCYTE ION CHANNELS (activated during depolarization) repolarizing (all myocytes) rapid depolarizing (non-nodal) depolarizing (nodal AP and myocyte contraction) Read- Table 20-1 Na+/K+ “funny channel” or HCN Pacemaker current (activated during hyperpolarization) Hyperpolarization activated Cyclic Nucleotide gated channel Which channel is absent in SA and AV node? Absent in ventricular myocytes? If