Potenziali d’azione registrati da cardiomiociti atriali e ventricolari ovini con fasi mostrate. Correnti ioniche approssimate al potenziale d’azione ventricolare.
Il modello standard utilizzato per comprendere il potenziale d’azione cardiaca è quello del miocita ventricolare. Di seguito sono descritte le cinque fasi del potenziale d’azione del miocita ventricolare, con riferimento anche al potenziale d’azione SAN.,
Figura 2a: Potenziale d’azione ventricolare (sinistra) e potenziale d’azione del nodo seno-atriale (destra) forme d’onda. Le principali correnti ioniche responsabili delle fasi sono al di sotto (le deflessioni verso l’alto rappresentano gli ioni che escono dalla cella, la deflessione verso il basso rappresenta la corrente verso l’interno).
Fase 4modifica
Nel miocita ventricolare, la fase 4 si verifica quando la cellula è a riposo, in un periodo noto come diastole. Nella cella standard non-pacemaker la tensione durante questa fase è più o meno costante, a circa -90 mV., Il potenziale di membrana a riposo risulta dal flusso di ioni che sono fluiti nella cellula (ad esempio sodio e calcio) e gli ioni che sono fuoriusciti dalla cellula (ad esempio potassio, cloruro e bicarbonato) perfettamente bilanciati.,
La perdita di questi ioni attraverso la membrana è mantenuta con l’attività di pompe che servono a mantenere la concentrazione intracellulare più o meno costante, così, per esempio, il sodio (Na+) e potassio (K+) ioni sono mantenuto dalla pompa sodio-potassio che utilizza l’energia (sotto forma di adenosina trifosfato (ATP)) per spostare tre Na+ fuori dalla cellula e due K+ all’interno della cellula. Un altro esempio è lo scambiatore di sodio-calcio che rimuove un Ca2 + dalla cellula per tre Na + nella cellula.,
Durante questa fase la membrana è più permeabile a K+, che può viaggiare dentro o fuori dalla cella attraverso i canali di perdita, incluso il canale del potassio rettificante verso l’interno. Pertanto, il potenziale di membrana a riposo è determinato principalmente dal potenziale di equilibrio K+ e può essere calcolato utilizzando l’equazione di tensione Goldman-Hodgkin-Katz.
Tuttavia, le cellule pacemaker non sono mai a riposo. In queste cellule, la fase 4 è anche conosciuta come il potenziale del pacemaker., Durante questa fase, il potenziale di membrana diventa lentamente più positivo, fino a raggiungere un valore impostato (circa -40 mV; noto come potenziale di soglia) o fino a quando non viene depolarizzato da un altro potenziale d’azione, proveniente da una cellula vicina.
Si pensa che il potenziale del pacemaker sia dovuto a un gruppo di canali, denominati canali HCN (iperpolarizzazione-attivato nucleotide ciclico-gated). Questi canali si aprono a tensioni molto negative (cioè immediatamente dopo la fase 3 del potenziale d’azione precedente; vedi sotto) e permettono il passaggio di K+ e Na+ nella cella., A causa della loro insolita proprietà di essere attivato da potenziali di membrana molto negativi, il movimento degli ioni attraverso i canali HCN è indicato come la corrente divertente (vedi sotto).
Un’altra ipotesi riguardante il potenziale del pacemaker è l ‘ “orologio del calcio”. Qui, il calcio viene rilasciato dal reticolo sarcoplasmatico, all’interno della cellula., Questo calcio aumenta quindi l’attivazione dello scambiatore sodio-calcio con conseguente aumento del potenziale di membrana (poiché una carica +3 viene portata nella cellula (dal 3Na+) ma solo una carica +2 sta lasciando la cellula (dal Ca2+) quindi c’è una carica netta di +1 che entra nella cellula). Questo calcio viene quindi pompato di nuovo nella cellula e di nuovo nella SR tramite pompe di calcio (incluso il SERCA).,
Fase 0Edit
Questa fase consiste in una rapida variazione positiva della tensione attraverso la membrana cellulare (depolarizzazione) che dura meno di 2 ms, nelle cellule ventricolari e 10/20 ms nelle cellule SAN. Ciò si verifica a causa di un flusso netto di carica positiva nella cella.
Nelle cellule non pacemaker (cioè cellule ventricolari), questo è prodotto prevalentemente dall’attivazione dei canali Na+, che aumenta la conduttanza della membrana (flusso) di Na+ (gNa). Questi canali vengono attivati quando un potenziale d’azione arriva da una cella vicina, attraverso giunzioni gap., Quando ciò accade, la tensione all’interno della cella aumenta leggermente. Se questa tensione aumentata raggiunge un certo valore (potenziale di soglia; ~-70 mV) provoca l’apertura dei canali Na+. Questo produce un maggiore afflusso di sodio nella cella, aumentando rapidamente la tensione ulteriormente (a ~ + 50 mV, cioè verso il potenziale di equilibrio Na+). Tuttavia, se lo stimolo iniziale non è abbastanza forte e il potenziale di soglia non viene raggiunto, i canali rapidi del sodio non saranno attivati e non verrà prodotto un potenziale d’azione; questo è noto come legge all-or-none., Anche l’afflusso di ioni calcio (Ca2+) attraverso i canali del calcio di tipo L costituisce una parte minore dell’effetto di depolarizzazione. La pendenza della fase 0 sulla forma d’onda del potenziale d’azione (vedi figura 2) rappresenta la velocità massima di variazione di tensione, del potenziale d’azione cardiaco ed è nota come dV/dtmax.
Nelle cellule pacemaker (ad esempio cellule del nodo seno-atriale), tuttavia, l’aumento della tensione di membrana è dovuto principalmente all’attivazione dei canali del calcio di tipo L., Questi canali sono anche attivati da un aumento della tensione, tuttavia questa volta è dovuto al potenziale del pacemaker (fase 4) o ad un potenziale d’azione in arrivo. I canali del calcio di tipo L si attivano verso la fine del potenziale del pacemaker (e quindi contribuiscono agli ultimi stadi del potenziale del pacemaker). I canali del calcio di tipo L vengono attivati più lentamente dei canali del sodio, nella cellula ventricolare, pertanto, la pendenza della depolarizzazione nella forma d’onda del potenziale d’azione del pacemaker è meno ripida di quella nella forma d’onda del potenziale d’azione non pacemaker.,
Fase 1modifica
Questa fase inizia con la rapida inattivazione dei canali Na+ da parte del cancello interno (cancello di inattivazione), riducendo il movimento del sodio nella cellula. Allo stesso tempo i canali del potassio (chiamati Ito1) si aprono e si chiudono rapidamente, consentendo un breve flusso di ioni di potassio fuori dalla cellula, rendendo il potenziale di membrana leggermente più negativo. Questo è indicato come una “tacca” sulla forma d’onda del potenziale d’azione.
Non vi è alcuna evidente fase 1 presente nelle cellule pacemaker.,
Fase 2modifica
Questa fase è anche conosciuta come fase di “plateau” a causa del potenziale di membrana che rimane quasi costante, poiché la membrana inizia lentamente a ripolarizzarsi. Ciò è dovuto al vicino equilibrio di carica che si muove dentro e fuori dalla cella. Durante questa fase i canali del potassio del raddrizzatore ritardato consentono al potassio di lasciare la cellula mentre i canali del calcio di tipo L (attivati dal flusso di sodio durante la fase 0), consentono il movimento degli ioni calcio nella cellula., Questi ioni di calcio si legano e aprono più canali del calcio (chiamati recettori ryanodine) situati sul reticolo sarcoplasmatico all’interno della cellula, consentendo il flusso di calcio fuori dal SR. Questi ioni di calcio sono responsabili della contrazione del cuore. Il calcio attiva anche i canali del cloruro chiamati Ito2, che consentono a Cl di entrare nella cellula. Il movimento di Ca2 + si oppone al cambiamento di tensione repolarizzante causato da K + e Cl -., Oltre a questo l’aumento della concentrazione di calcio aumenta l’attività dello scambiatore di sodio-calcio e l’aumento del sodio che entra nella cellula aumenta l’attività della pompa sodio-potassio. Il movimento di tutti questi ioni provoca il potenziale di membrana che rimane relativamente costante. Questa fase è responsabile della grande durata del potenziale d’azione ed è importante nella prevenzione del battito cardiaco irregolare (aritmia cardiaca).
Non è presente alcuna fase di plateau nei potenziali di azione del pacemaker.,
Fase 3modifica
Durante la fase 3 (la fase di “ripolarizzazione rapida”) del potenziale d’azione, i canali Ca2+ di tipo L si chiudono, mentre i canali K+ delayed rectifier (IKS) lenti rimangono aperti quando si aprono più canali di perdita di potassio. Ciò assicura una corrente positiva esterna netta, corrispondente alla variazione negativa del potenziale di membrana, consentendo così l’apertura di più tipi di canali K+. Questi sono principalmente i canali K + raddrizzatore rapido ritardato (IKr) e la corrente K+ rettificante verso l’interno, IK1.,Questa corrente netta verso l’esterno, positiva (uguale alla perdita di carica positiva dalla cellula) fa sì che la cellula si ripolarizzi. Il ritardato raddrizzatore canali del K+ vicino quando il potenziale di membrana viene ripristinato circa -85 -90 mV, mentre IK1 rimane la conduzione di tutta la fase 4, che aiuta a impostare il potenziale di membrana di riposo
pompe Ioniche, come discusso sopra, come il sodio-calcio scambiatore e la pompa sodio-potassio ripristinare la concentrazione di ioni indietro equilibrato stati pre-potenziale d’azione., Ciò significa che il calcio intracellulare viene pompato fuori, che era responsabile della contrazione del miocita cardiaco. Una volta perso, la contrazione si arresta e le cellule miocitiche si rilassano, il che a sua volta rilassa il muscolo cardiaco.
Durante questa fase, il potenziale d’azione si impegna fatalmente alla ripolarizzazione. Questo inizia con la chiusura dei canali Ca2 + di tipo L, mentre i canali K+ (dalla fase 2) rimangono aperti. I principali canali del potassio coinvolti nella ripolarizzazione sono i raddrizzatori ritardati (IKr) e (IKs) e il raddrizzatore interno (IK1)., Nel complesso c’è una corrente positiva esterna netta, che produce cambiamenti negativi nel potenziale di membrana. I canali del raddrizzatore ritardato si chiudono quando il potenziale di membrana viene ripristinato al potenziale di riposo, mentre i canali del raddrizzatore verso l’interno e le pompe ioniche rimangono attivi per tutta la fase 4, ripristinando le concentrazioni di ioni a riposo. Ciò significa che il calcio utilizzato per la contrazione muscolare, viene pompato fuori dalla cellula, con conseguente rilassamento muscolare.,
Nel nodo seno-atriale, questa fase è anche dovuta alla chiusura dei canali del calcio di tipo L, impedendo il flusso interno di Ca2+ e l’apertura dei canali del potassio del raddrizzatore rapido ritardato (IKr).
