FIZJOLOGIA Fizjologia człowieka - Konturek 2019 4. FIZJOLOGIA UKŁADU KRĄŻENIA 4.3 / Serce 4.3.1 / Anatomia czynnościowa. Mięśnie robocze. Każda pompa zawiera jeden przedsionek i jedną komorę. Dzięki wstawkom łączącym miocyty sercowe, pobudzenie skurczowe przenosi się z jednej komórki na drugą. Skurcz serca jest zawsze pojedynczy, bodziec generowany jest przez własne ośrodki tkanki bodźcoprzewodzącej (rozrusznikowej), skurcz jest zawsze maksymalny “wszystko albo nic”. Dzięki układowi bodźcoprzewodzącemu serce jest samoistnie i rytmiczne pobudzane do skurczu. Kardiomiocyty są poprzecznie prążkowane, a ich miofibryle zawierają miofilamenty aktyny i miozyny. Jednak od mięśni szkieletowych różnią się tym że mają na krawędziach wyrostki i rynienkowate zagłębienia, tworząc połączenia typu palczastego. Również tworzą diady, a nie triady. 4.3.2 / Układ bodźcoprzewodzący serca Kardiomiocyty przedsionkowe i komorowe mają stały błonowy potencjał spoczynkowy, zatem nie posiadają automatyzmu. Serce natomiast ma automatyzm, a ośrodki zdolne do samoistnego generowania potencjałów czynnościowych zbudowane są z komórek rozrusznikowych. Tworzą one węzeł zatokowo-przedsionkowy (Keitha-Flacka SA), węzeł przedsionkowo-komorowy (Aschoffa-Tawary AV) oraz pęczek przedsionkowo-komorowy (Paladino-Hisa PH), który dzieli się na dwie odnogi pęczka Hisa, kończące się włóknami Purkiniego. Przewodzenie impulsów w obrębie SA i AV jest bardzo wolne (0.05 m/s), co powoduje przerwę między skurczami przedsionków i komór. Przewodzenie w PH i komórkach Purkiniego jest szybsze (2-4 m/s). Pierwszorzędowy ośrodek automatyzmu serca (węzeł SA) znajduje się w prawym przedsionku przy ujściu żyły próżnej górnej. Węzeł AV jest umiejscowiony w prawym przedsionku, w tylnej części przegrody międzyprzedsionkowej w pobliżu ujścia zatoki wieńcowej. Pomiędzy węzłami są 3 szlaku przewodzące pobudzenie z SA do AV: przedni, środkowy, tylny. Dalej węzeł AV przechodzi w pęczek PH, który dzieli się przy górnej granicy przegrody międzykomorowej na lewą i prawą odnogę. Odnoga prawa oddaje gałązki do mięśnia komory, a lewa dzieli się na 3 wiązki: przednią, przegrodową i tylną. Dalsze przewodzenie z gałązek pęczka odbywa się przez włókna Purkiniego. 4.3.3 / Potencjał spoczynkowy kardiomiocytów Błonowy potencjał spoczynkowy w kardiomiocytach komorowych wynosi -90 mV, a w przedsionkowych -80 mV. W spoczynku przez błonę dyfunduje przez kanały potasowe na zewnątrz dużo K + (pomimo niekorzystnego gradientu elektrycznego, bo błona jest bardzo przepuszczalna), a wnika przez kanały sodowe do wewnątrz mało Na + . Przesunięcia jonowe w mięśniu w spoczynku są małe, a wywołane nimi prądy nazywamy prądami tła. Wyróżniamy dokomórkowy prąd K + oraz słabszy dokomórkowy prąd Na + Potencjał spoczynkowy kardiomiocytów to wypadkowa potencjałów równowagi K + i Na + . -90 mV jest zbliżone do potencjału równowagi K + przez większą przepuszczalność sarkolemy. Niewielkie, ale długotrwałe zmiany przepuszczalności mogłyby prowadzić do obniżenia potencjału spoczynkowego i tym samym siły skurczów miocytów, gdyby nie aktywna pompa zależna od ATP-azy. Pompa stale usuwa Na + z komórki wprowadzając w ich miejsce K + (3:2). ATP-aza jest aktywowana przez wzrost stężenia Na + w komórce albo K + w płynie zewnątrzkomórkowym. Zahamowanie pompy przez glikozydy naparstnicy zwiększają Na + w kardiomiocycie, czyli wzrostu Ca 2+ w sarkoplazmie, czyli zwiększenia kurczliwości. Klinicznie stosowane przy niewydolności serca. Wzrost K + w płynie zewnątrzkomórkowym (hiperkaliemia - niewydolność nerek, hemoliza) powyżej 3.5-5 mmol/l obniża potencjał spoczynkowy, czyli wzrost pobudliwości miocytów. Prowadzi to do skrócenia czasu potencjału czynnościowego i ich zwolnienia przewodnictwa, osłabienia kurczliwości serca i zaburzeń rytmu prowadzących do migotania komór. Obniżenie K + w płynie zewnątrzkomórkowym (hipokaliemia - wymioty, biegunki) prowadzi do krótkotrwałej hiperpolaryzacji, przechodzącej w narastającą depolaryzację prowadzącą do zmniejszenia potencjału spoczynkowego. Zahamowanie aktywności pompy powoduje wzrost Na + w komórce i Ca 2+ w sarkoplazmie, prowadzące do częściowej depolaryzacji kardiomiocytów i wzrostu ich pobudliwości oraz zaburzeń rytmu serca. 4.3.4 / Potencjał czynnościowy kardiomiocytów Bodziec progowy powoduje stan pobudzenia, w którym są zmiany przepuszczalności i przewodności błony oraz przepływ prądów, prowadzących do depolaryzacji miocytu. Gdy depolaryzacja osiągnie -65 mV (potencjał progowy), generowany potencjał czynnościowy składa się z 4 faz. Faza 0 odznacza się raptowną depolaryzacją sarkolemy. W zapisie odpowiada jej wznoszenie fali zakończone rewersją potencjału błonowego z nadstrzałem, czyli pojawienie się dodatniego potencjału do +35 mV. Im wyższy potencjał spoczynkowy, tym szybkość narastania fazy 0 większa. W fazie 1 jest niewielka wstępna repolaryzacja, przechodząca w fazę 2 (plateau, 250 ms). Faza 3, czyli repolaryzacja, rozpoczyna się stopniowo pod koniec fazy 2, a następnie jest szybka repolaryzacja do potencjału spoczynkowego, stanowiącego fazę 4. Potencjał czynnościowy miocytów komorowych trwa 250-300 ms, a przedsionkowych 150 ms. 4.3.5 / Zmiany przepuszczalności i przewodności jonowej w okresie potencjału czynnościowego kardiomiocytu Bodziec progowy aktywuje kanały sodowe, co zmniejsza potencjał spoczynkowy do wartości potencjału progowego. Aktywacja sodowa, czyli krótki wzrost przepuszczalności sarkolemy dla Na + powoduje dokomórkowy prąd jonów Na + , który generuje fazę 0, na którą również ma mały wpływ kilka ms później dokomórkowy wolny prąd Ca 2+ . Blokowanie bramkowanych depolaryzacją kanałów sodowych tetrodotoksyną (TTX) zmniejsza szybkość narastania depolaryzacji w fazie 0. Faza 1 (krótkotrwała repolaryzacja po nadstrzale) jest rezultatem zahamowania dokomórkowego prądu Na + oraz nasilenia odkomórkowego prądu K + przez wzrost przewodności błony dla potasu. W fazie 2 zmniejsza się odkomórkowy prąd K + przez spadek ich przewodności, zatem główną rolę odgrywa dokomórkowy prąd Ca 2+ (z glikokaliks do sarkoplazmy). Kanały Ca 2+ są otwarte w czasie fazy plateau i są typu L, czyli są wolne i długookresowe. W klinice blokuje się je lekami przy zaburzeniach rytmu i kurczliwości serca. W czasie plateau dokomórkowy Ca 2+ jest równoważony odkomórkowym prądem K + , więc wypadkowy prąd jest równy 0, a potencjał błonowy ma stałą wartość stopnia depolaryzacji. Ilość Ca 2+ wnikającego do miocytu oraz czas trwania fazy 2 zależy od nasilenia prądu Ca 2+ , które jest zależne od stopnia aktywacji L-Ca 2+ . Wnikające Ca 2+ uwalnia Ca 2+ z wewnątrzkomórkowego magazynu (siateczka śródplazmatyczna), co rozpoczyna sprzężenie pobudzeniowo-skurczowe. Prąd Ca 2+ nasila się pod wpływem adrenaliny i noradrenaliny, bo aminy stymulują receptory adrenergiczne β 1 , co nasila aktywację kanałów L-Ca 2+ . Taki zwiększony prąd w wyniku wzrostu przewodności sarkolemy zwiększa Ca 2+ w kardiomiocycie, co zwiększa kurczliwość serca, czyli mamy dodatni efekt inotropowy. Faza 3 (repolaryzacja miocytów) jest następstwem obniżenia przewodności Ca 2+ oraz wzrostu przewodności K + , których zwiększony prąd odkomórkowy zapewnia szybką repolaryzację sarkolemy. Pod koniec fazy 3 repolaryzacja zbliża potencjał błonowy do wartości równowagi K + , zatem prąd K + osłabia się, a potencjał błonowy osiąga wartość spoczynkowego, który jest fazą 4 potencjału kardiomiocytu. 4.3.6 / Potencjały czynnościowe komórek tkanki bodźcoprzewodzącej Potencjał czynnościowy komórek rozrusznikowych węzła zatokowo-przedsionkowego (SA) różni się od kardiomiocytów komorowych, przedsionkowych oraz komórek Purkiniego. Głównie niższy i niestały potencjał spoczynkowy (-60 mV) oraz automatyzm (generowanie potencjałów czynnościowych bez stymulacji zewnętrznej). Narastanie fazy 0 jest znacznie wolniejsze. Mechanizm jonowy jest wynikiem dokomórkowego prądu Ca 2+ przez aktywację kanałów L-Ca 2+ , co prowadzi do wzrostu gCa 2+ (przewodność), również nie występuje dokomórkowy prąd Na + Fazy 1 i 2 nie występują w potencjale czynnościowym komórek rozrusznikowych. Faza 3 jest następstwem inaktywacji kanałów L-Ca 2+ i zaniku prądu Ca 2+ oraz pojawienia się prądu K + w celu repolaryzacji błony osiągającej -60 mV, jako najwyższa wartość potencjału spoczynkowego na początku fazy 4. Niestabilność potencjału spoczynkowego w fazie 4 polega na powolnej spoczynkowej depolaryzacji (potencjał rozrusznikowy), czyli samoistnym powolnym przesuwaniu się potencjału błonowego (-60 mV) w kierunku potencjału progowego (-45 mV). Mechanizm jonowy fazy 4 jest inicjowany hiperpolaryzacją pod koniec fazy 3, aktywującej zależnych od cAMP niespecyficznych kanałów kationowych (HCN). Hiperpolaryzacja jako napływ do komórki rozrusznikowej Na + i wypływ K + , w której dominująca dyfuzja Na + depolaryzuje komórkę. Powstający prąd jonowy nazywamy funny current. W tym samym czasie trwa inaktywacja kanałów K + , a jako że dokomórkowy I Na dominuje nad odkomórkowym I K , dochodzi do depolaryzacji spoczynkowej. Potencjał błonowy w fazie 4 osiąga -55 mV, dochodzi do aktywacji przejściowych kanałów T-Ca 2+ i napływający I Ca dalej depolaryzuje. Pod koniec fazy 4 aktywacja L-Ca 2+ nasila dokomórkowy I Ca . W momencie wartości potencjału progowego faza 4 przechodzi w 0 potencjału czynnościowego komórki rozrusznikowej. Potencjały czynnościowe komórek węzła SA mają częstość 70-80/min, warunkując częstość skurczów serca w spoczynku oraz narzucanie rytmu układowi bodźcoprzewodzącemu. Komórki rozrusznikowe węzła AV mają taki sam automatyzm i częstość 40-60/min. Komórki Purkiniego mają podobny automatyzm z wyjątkiem I Ca w fazie 4 i częstość 25-40/min. Gdy aktywność SA ustaje, te pozostałe elementy układu przewodzącego się włączają, i dlatego “późniejsze rozruszniki”. Mają mniejszy potencjał spoczynkowy i dłuższą powolną depolaryzacją spoczynkową. SA działa supresyjnie na ich automatyczne ośrodki i dlatego mają zdolność jedynie do przewodzenia depolaryzacji. Przez nerwy błędne i pobudzenie cholinergiczne (receptory muskarynowe M 2 ) węzła SA hiperpolaryzacja błonowa komórek SA i wolniejsze narastanie powolnej depolaryzacji spoczynkowej. Jest to przez wzrost przepuszczalności i przewodności K + . Białko G otwiera kanały dla I K i jest wzrost cGMP oraz spadek cAMP. Przez lateralizację unerwienia autonomicznego serca, prawy nerw błędny hamuje generowanie potencjałów czynnościowych w SA, a lewy nerw hamuje przewodnictwo w AV. Z kolei pobudzenie nerwów współczulnych przyspiesza depolaryzację w fazie 4, co zwiększa częstość wyładowań węzła SA. Przyspieszanie generowania potencjału rozrusznika to działanie noradrenaliny na receptory β1 oraz wzrost cAMP w komórkach SA, który zwiększa aktywację kanałów HCN oraz ułatwia otwieranie kanałów dla I Ca Generowanie pobudzeń jest przyspieszane przy podwyższonym cieple ciała, pod wpływem leków pobudzających układ współczulny (np. sympatykomimetyków) oraz przez blokowanie receptorów muskarynowych (np. atropina). Hamowanie aktywności tkanki węzłowej (zwłaszcza AV) oraz zwolnienie akcji serca przez leki z grupy naparstnicy. Przy zwiększonej częstości wyładowań SA przez ciepłotę ciała obserwujemy dodatni wpływ chronotropowy, przyspieszenie powolnej depolaryzacji spoczynkowej i akcji serca oraz wzmożenie automatyzmu drugorzędowych ośrodków bodźcotwórczych. Przeciwne efekty wywołują spadek ciepłoty, stosowane np. w zabiegach kardiochirurgicznych.