Потенциал действия

В сердце человека происходит 2 процесса деполяризация и реполяризация. В норме кардиомиоциты (клетки сердца) находятся в покое и имеют отрицательный заряд. При деполяризации (смена полярности) отрицательный заряд сменяется на положительный. После того как кардиомиоцит сократился (получил положительный заряд), вслед идет реполяризация - вновь приобретает отрицательный заряд. Процесс деполяризации и реполяризации одного кардиомиоцита называется потенциал действия.

На ЭКГ мы наблюдаем как раз смену деполяризации и реполяризации.

В сердце существует 3 вида клеток:

1. Пейсмейкеры - создают импульс для начала сокращения всех клеток
2. Клетки проводящей системы - проводит импульс от пейсмейкера до кардимиоцитов
3. Кардиомоциты, которые сокращаются

Разберем прейсмейкеры. Пресмейкеры находятся в синоатриальном узле, в правом предсердии. Именно в правом предсердии начинается самопроизвольное возбуждение. Если они не способны, то водителем ритма становится атриовентрикулярный узел (АВ-узел). А если АВ-узел выключается, то начинают работать водители ритма 3 порядка - проводящая система желудочка (пучок Гиса и волокна пуркинье).

Примерно СА-узел создает ритм в 100 имп/мин, АВ-узел 50 имп/мин, а пучок Гиса и волокна пуркинье 30 имп/мин. Почему же ЧСС не у всех 100 ударов в минуту? Потому что АВ-узел ленивый и не пропускает все сигналы.

Не нужно допускать, чтобы водителем ритма был АВ узел, а уже тем более проводящая система желудочка. Такое количество импульсов не хватит для нормального сокращения сердца и возможно фибрилляция желудочков, а после асистолия.

Выделяют 3 фазы потенциала действия пейсмейкера:

1. 4 фаза:
   
   • На этом этапе мембранный потенциал пейсмейкера находится около -60 мВ из-за отрицательных белков и фосфатов внутри клетки.
   • На пейсмекере СА существует if канал (I — ток (current), f — "funny" (забавный)), кодируемый белками семейства HCN (Hyperpolarization-activated Cyclic Nucleotide-gated), который открывается при достижении клетки -60 мВ и запускает вход 5 ионов Na⁺ в клетку и выход 2 ионов K⁺
   • При достижении клетки -50 мВ (из-за входа Na⁺ в клетку) открывается каналы T-типа Ca²⁺ и запускает вход Ca²⁺ в клетку
2. 0 фаза: Достигая -40 мВ открываются каналы L-типа Ca²⁺ и одновременно закрываются if и T-типа Ca²⁺ каналы. МВ становится резко положительным
3. 3 фаза: достигается +20 мВ, закрываются каналы L-типа Ca²⁺, происходит передача электрического импульс на предсердие -> АВ-узел, открываются K+каналы (калий выходит из клетки), достигая вновь -60 мВ.

Если кажется, что калий (K⁺) только выходит из клетки, а Ca²⁺ поступает в клетку, то: Na⁺/K⁺-АТФ-аза (натрий-калиевый насос) работает постоянно, вне фаз ПД, то есть в фоновом режим: за каждые 3 Na⁺, выкачанных из клетки, вкачивает 2 K⁺ внутрь, а Ca²⁺ удаляется через Na⁺/Ca²⁺ обменник и SERCA – Ca²⁺-АТФ-азный саркоплазматический ретикулум (Затягивает Ca²⁺ внутрь СР, внутренний резервуар Ca²⁺)

Все пейсмекеры (проводящей системы сердца) имеют схожую структуру, но преобладают разные источники импульса:

• СА-узел: if и Ca²⁺ T-типа каналы
• АВ-узел: Ca²⁺ L-типа каналы.
• Пучок гиса и волокна пуркинье: крайне в малом количестве Ca²⁺ L-типа каналы.

Кардиомиоциты, получая импульс по проводящей системе от пейсмекеров, сокращаются и проводит дальше волну к следующей клетке. В покое из клеток выходит калий, поддерживая отрицательный заряд клетки (-85 мВ).

В норме АВ узел быстро фильтрует импульс и быстро проводит сигнал до желудочков, заставляя их сокращаться, проявляя короткий QRS (<120 мс). Однако, при наличии патологического пучка кента (WPW-синдром) или источник ритма в желудочке (желудочковая тахикардия), то путь более медленный, поэтому будет широкий QRS (>120 мс).

5 фаз сокращения потенциала действия кардиомиоцита

Для начало нужно запомнить, что сердечная клетка кардиомиоцита в норме тоже имеет отрицательный заряд (примерно −90 мВ) из-за отрицательных белков и фосфатов внутри клетки.

Поэтому имеются следующие ионы для возбуждения сердечной клетки и работы сердца:

• Натрий помогает запустить сигнал возбуждения
• Кальций помогает клетке сократиться.
• Калий выходит из клетки, помогая проникнуть кальцию, а потом возвращается, чтобы помочь клетке вернуться к покою.

Почему калий выходит из клетки?

Калий "хочет" выйти, ведь его и так много внутри клетки, по принципу "если в комнате много пара, он стремится уйти в коридор". НО! Его сдерживает отрицательный заряд внутри клетки, который его притягивает. Когда ионы натрия заходят из-за эффекта "домино" от соседних клеток по электрическому току, то отрицательный заряд стремится к 0 и поэтому ионы калия легко выходят. А когда заряд клетки достигает уровня плато (примерно 5 мВ), это сигнал для открытия медленного Ca²⁺ канала и поступления кальция.

После того как внутренняя концентрация ионов резко изменилась, зашло много Na⁺ и Ca²⁺, их концентрации внутри становятся ненормальными, это сигнал клетке, нужно восстановить норму (отрицательный заряд ) и запускается:

• Na⁺/K⁺ насос (Выбрасывает 3 Na⁺ наружу, закачивает 2 K⁺ внутрь) с потреблением энергии АТФ
• Na⁺/Ca²⁺ обменник (Ca²⁺ наружу, заводя 3 Na⁺ внутрь) по разности потенциалов.

Рассмотрим 5 фаз сокращения потенциала действия кардиомиоцита подробнее:

• 0 фаза: быстрая деполяризация. происходит резкий процесс деполяризации. Клетка получила волновой сигнал от предыдущей клетки, ионы Na⁺ (натрия) заходят по быстрым натриевым каналам. Заряд клетки достигает 20 мВ. (QRS на экг)
• 1 фаза: начало реполяризации. Na⁺ (натрий) каналы закрываются, так как клетка больше не отрицательная. В это время K⁺ (калий) выходит из клетки по тому же принципу "пар в комнате".
• 2 фаза: плато. заряд клетки достигает 5 мВ, это триггер для открытия потенциалзависимых Ca+ (кальциевых) каналов. Происходит плато (баланс) в заряде (полярности) клетки между выходом ионов K⁺ и заходом Ca²⁺. Так-же поступившие Ca²⁺ вызывают высвобождение еще большего количества Ca²⁺ из саркоплазматического ретикулума.  Массовый Ca²⁺ запускает сокращение миофибрилл, соединяясь с тропонином → актин + миозин → сокращение. (ST на экг)
• 3 фаза: Ca²⁺ каналы закрываются и мВ становится отрицательным из-за постепенного выхода ионов K⁺ (T на экг)
• 4 фаза - потенциал покоя. K⁺ активно выходит из клетки, поддерживая отрицательный заряд клетки.

Важно помнить: электрокардиограмма это регистрация суммы электрической активности клеток сердца (каскад и сумма потенциалов действия разных кардиомиоцитов). Каждое изменение на рисунке ПД отображается изменением на ЭКГ, вне зависимости какие ионы, важна скорость.

Для более легкого понимания, что происходит с сердцем на разных зубцах ЭКГ, можно посмотреть видео: