Srdeční akční potenciál je elektrická aktivita jednotlivých buněk elektrického převodního systému srdce.
Srdeční akční potenciál se výrazně liší v různých částech srdce. Tato diferenciace akčních potenciálů umožňuje různé elektrické vlastnosti různých částí srdce. Například specializovaná vodivá tkáň srdce má zvláštní vlastnost depolarizace bez vnějšího vlivu. Tomu se říká automaticita.
Elektrická aktivita specializovaných vodivých tkání není na povrchovém elektrokardiogramu (EKG) patrná. Je to dáno relativně malou hmotností těchto tkání ve srovnání s myokardem (svalem srdce).
Srdeční svalstvo má určité podobnosti s neurony a kosterním svalstvem, stejně jako důležité unikátní vlastnosti. Stejně jako neuron má i daná myokardiální buňka v klidu negativní membránový potenciál. Stimulace nad prahovou hodnotou indukuje otevření napěťově řízených iontových kanálů a příval kationtů do buňky. Pozitivně nabité ionty vstupující do buňky způsobují depolarizační charakteristiku akčního potenciálu. Stejně jako kosterní svalstvo způsobuje depolarizace otevření napěťově řízených vápníkových kanálů a uvolnění Ca2+ z t-tubulů. Tento přívod vápníku způsobuje vápníkem indukované uvolnění vápníku ze sarkoplazmatického retikula a volný Ca2+ způsobuje stažení svalů. Po prodlevě (absolutní refrakterní periodě) se znovu otevřou draslíkové kanály a výsledný tok K+ z buňky způsobí repolarizaci do klidového stavu.
Všimněte si, že mezi uzlovými buňkami a komorovými buňkami existují důležité fyziologické rozdíly; specifické rozdíly v iontových kanálech a mechanismech polarizace dávají vzniknout unikátním vlastnostem SA uzlových buněk, především spontánní depolarizaci (automaticitě) nezbytné pro činnost SA uzlu kardiostimulátorem.
Klidový membránový potenciál
Klidový membránový potenciál je způsoben rozdílem iontových koncentrací a vodivostí přes membránu buňky během fáze 4 akčního potenciálu. Normální klidový membránový potenciál v komorovém myokardu je asi -85 až -95 mV. Tento potenciál je určen selektivní propustností buněčné membrány pro různé ionty. Membrána je nejvíce propustná pro K+ a relativně nepropustná pro jiné ionty. Klidový membránový potenciál je tedy ovládán K+ rovnovážným potenciálem podle K+ gradientu přes buněčnou membránu. Membránový potenciál lze vypočítat pomocí Goldmanovy-Hodgkinovy-Katzovy rovnice napětí. Udržování tohoto elektrického gradientu je způsobeno různými iontovými čerpadly a výměnnými mechanismy, včetně Na+-K+ iontového výměnného čerpadla, Na+-Ca2+ výměnného proudu a IK1 vnitřně usměrňujícího K+ proudu.
Intracelulárně (uvnitř buňky) je hlavním kationtem K+ a dominantními anionty jsou fosfáty a konjugované báze organických kyselin. Mimobuněčně (mimo buňku) převažují Na+ a Cl-.
Fáze potenciálu srdečního účinku
Srdeční akční potenciál má pět fází.
Standardní model používaný k pochopení srdečního akčního potenciálu je akční potenciál komorového myocytu. Akční potenciál má 5 fází (číslováno 0-4). Fáze 4 je klidový membránový potenciál a popisuje membránový potenciál, když buňka není stimulována.
Jakmile je buňka elektricky stimulována (typicky elektrickým proudem z přilehlé buňky), začíná sled činností zahrnujících příliv a eflux mnohočetných kationtů a aniontů, které společně produkují akční potenciál buňky a šíří elektrickou stimulaci do buněk, které leží v její blízkosti. Tímto způsobem je elektrická stimulace vedena z jedné buňky do všech buněk, které k ní přiléhají, do všech buněk srdce.
Fáze 4 je klidový membránový potenciál. To je období, ve kterém buňka zůstává, dokud není stimulována vnějším elektrickým stimulem (typicky přilehlou buňkou). Tato fáze akčního potenciálu je spojena s diastolií srdeční komory.
Určité buňky srdce mají schopnost podstoupit spontánní depolarizaci, ve které je generován akční potenciál bez jakéhokoli vlivu okolních buněk. To je také známé jako automaticita. Buňky, které mohou podstoupit spontánní depolarizaci nejrychleji, jsou primární buňky kardiostimulátoru srdce a nastavují srdeční frekvenci. Obvykle se jedná o buňky v SA uzlu srdce. Elektrická aktivita, která pochází z SA uzlu je šířena do zbytku srdce. Nejrychlejší vedení elektrické aktivity je přes elektrický vodicí systém srdce.
V případech srdeční blokády, kdy se aktivita primárního kardiostimulátoru nešíří do zbytku srdce, latentní kardiostimulátor (také známý jako únikový kardiostimulátor) podstoupí spontánní depolarizaci a vytvoří akční potenciál.
Mechanismus automaticity zahrnuje tzv. kardiostimulátorové kanály rodiny HCN, hyperpolarizací řízené, cyklickými nukleotidy řízené kanály. Tyto špatně selektivní kationtové kanály vedou více proudu, jak se membránový potenciál stává více negativním, nebo hyperpolarizovaným. Vedou draslík i sodík. Aktivita těchto kanálů v buňkách SA uzlů způsobuje, že membránový potenciál se pomalu stává pozitivnějším (depolarizovaným), až se nakonec aktivují kalciové kanály a zahájí se akční potenciál.
Fáze 0 je rychlá depolarizační fáze. Sklon fáze 0 představuje maximální rychlost depolarizace buňky a je známý jako Vmax. Tato fáze je způsobena otevřením rychlých Na+ kanálů, které způsobují rychlý nárůst membránové vodivosti k Na+ (GNa) a tím rychlý příliv Na+ iontů (INa) do buňky; proud Na+.
Schopnost buňky otevřít rychlé Na+ kanály během fáze 0 souvisí s membránovým potenciálem v okamžiku excitace. Pokud je membránový potenciál na své základní hodnotě (cca -85 mV), jsou všechny rychlé Na+ kanály uzavřeny a excitace je všechny otevře, což způsobí velký příliv Na+ iontů. Pokud je však membránový potenciál méně negativní, budou některé rychlé Na+ kanály v inaktivovaném stavu necitlivé k otevření, což způsobí menší reakci na excitaci buněčné membrány a nižší Vmax. Z tohoto důvodu, pokud se klidový membránový potenciál stane příliš pozitivním, buňka nemusí být excitovatelná a vedení srdcem může být zpožděno, což zvyšuje riziko arytmií.
Fáze 1 akčního potenciálu nastává při deaktivaci rychlých Na+ kanálů. Přechodný síťový vnější proud způsobující malé vychýlení akčního potenciálu směrem dolů je způsoben pohybem K+ a Cl- iontů, nesených Ito1, respektive Ito2 proudy. Zejména Ito1 přispívá k „zářezu“ některých ventrikulárních kardiomyocytů akčních potenciálů.
Bylo naznačeno, že pohyb Cl- iontů přes buněčnou membránu během fáze I je důsledkem změny membránového potenciálu, z K+ efluxu, a není přispívajícím faktorem k počáteční repolarizaci („vrub“).
Fáze 0 a 1 dohromady odpovídají komplexu QRS na EKG. Všimněte si však, že vychýlení QRS normálního EKG odpovídá povrchovému čtení vlny elektrické aktivity, protože myocyty jsou aktivovány systémem His-Purkinje, zatímco výše uvedené tracingy jsou z jednoho intracelulárního myocytu.
Fáze 2 akčního potenciálu odpovídá ST segmentu EKG.
Tato „plató“ fáze srdečního akčního potenciálu je udržována rovnováhou mezi vnitřním pohybem Ca2+ (ICa) kalciovými kanály typu L a vnějším pohybem K+ draslíkovými kanály pomalého zpožděného usměrňovače, IK. Menší role hrají během fáze 2 také proud sodno-kalciového výměníku, INa,Ca a proud sodno-draselné pumpy, INa,K.
Během fáze 3 akčního potenciálu se kanály Ca2+ typu L uzavřou, zatímco kanály K+ pomalého zpožděného usměrňovače (IKs) jsou stále otevřené. Tím je zajištěn čistý vnější proud odpovídající negativní změně membránového potenciálu, čímž je umožněno otevření více typů kanálů K+. Jedná se především o kanály K+ rychlého zpožděného usměrňovače (IKr) a vnitřní usměrňující K+ proud, IK1.
Tento čistý vnější kladný proud (rovnající se ztrátě kladného náboje z buňky) způsobí repolarizaci buňky. Kanály K+ opožděného usměrňovače se uzavřou, když je membránový potenciál obnoven na cca -80 až -85 mV, zatímco IK1 zůstává vodivý po celou fázi 4, což přispívá k nastavení klidového membránového potenciálu.
Fáze 3 akčního potenciálu v komorách odpovídá vlně T na EKG.
Normální činnost srdečních buněk kardiostimulátoru je spontánně depolarizovat v pravidelném rytmu, generující normální srdeční frekvenci. Abnormální automaticita zahrnuje abnormální spontánní depolarizaci srdečních buněk. To obvykle způsobuje arytmie (nepravidelný rytmus) v srdci.
Preload – Afterload – End-systolic volume – End-diastolic volume – Frank-Starlingův zákon srdce
Výstup srdce – Wiggers diagram – diagram objemu tlaku
Chronotropní – Dromotropní – Inotropní
Baroreflex – Kinin-kallikrein systém – Renin-angiotensin systém – Vasokonstriktory – Vasodilatátory – Compliance – Vaskulární rezistence
Elektrické vedení systému srdce (Srdeční akční potenciál)