2.1. Возбудимость

Возбудимость – это способность сердечных клеток возбуждаться в ответ на стимул. Возбудимость может изменяться под влиянием автономной нервной системы, гормонов, электролитов, питательных веществ, нарушения снабжения кислородом, медикаментов или инфекций. В кардиомиоцитах, как и в других клетках возбудимых тканей (например, гладкомышечных клетках или нейронах), существует разница между внутриклеточной и внеклеточной концентрациями ионов, что создает концентрационный и электрический градиент для движения ионов через полупроницаемую клеточную мембрану. В покое внутренняя поверхность клетки заряжена отрицательно, а внешняя – положительно. Эта разность называется мембранным потенциалом - МП. МП обусловлен, прежде всего, разницей концентраций ионов калия (К⁺) и натрия (Na⁺). Несмотря на то, что оба эти иона присутствуют и внутри и снаружи клетки, ионов калия всегда больше внутри клетки, а ионов натрия – снаружи.

Рис. 2.5. Структура ионных каналов. Большинство ионных каналов состоят из четырех – шести белковых субъединиц, которые образуют в плоскости мембраны своеобразную «розетку». Канал может содержать идентичные субъединицы – это гомоолигомер и не идентичные субъединицы – это гетероолигомер.

Очень важным свойством является селективная или избирательная проницаемость каналов для ионов. Покоящаяся мембрана проницаема только для ионов К⁺ и почти непроницаема для ионов Na⁺. Вследствие этого поток ионов К⁺ из цитоплазмы во внешнюю среду значительно превышает противоположно направленный поток ионов Na⁺, поэтому внутри клетки остается больше анионов (заряд отрицательный), а снаружи – больше катионов (заряд положительный).

При раздражении кардиомиоцитов стимулами пороговой силы возникает быстрое колебание или изменение мембранного потенциала, названное потенциалом действия (ПД) (рис. 2.6.). ПД состоит из двух фаз – восходящей или деполяризации и нисходящей или реполяризации. Кстати, суммарный ПД, который отражает распространение ионных токов по всем кардиомиоцитам, регистрируется в клинике в виде всем известной ЭКГ.

В основе ПД любой возбудимой клетки лежат изменения ионной проницаемости плазматической мембраны кардиомиоцита. В фазу деполяризации проницаемость мембраны для Na⁺ резко повышается, т.к. открываются Na⁺-каналы и поток ионов Na⁺ из внешнего раствора в цитоплазму начинает превышать направленный наружу калиевый ток. Это приводит к кратковременному изменению заряда на мембране, внутреннее содержимое клетки становится положительным по отношению к ее наружной поверхности. Повышение проницаемости для Na⁺ сменяется инактивацией Na⁺-каналов, проницаемость мембраны для Na⁺ вновь понижается, а для К⁺ - возрастает, клетка возвращается в состояние покоя и эта фаза называется реполяризацией. В процессе де- и реполяризации нарушается концентрационный градиент, т.к. некоторое количество ионов Na⁺ проникает в клетку, а ионы К⁺ покидают ее. Для восстановления градиента необходим активный транспорт, который бы работал против уже имеющегося градиента концентраций этих ионов. Эту роль выполняет молекула Na-К-насоса или Na-К АТФазы, которая переносит ионы Na⁺ из клетки наружу, а ионы К⁺ - в клетку.

Рис. 2.6. Фазы потенциала действия атипического (А) и рабочего кардиомиоцитов (Б) и ионные токи.

В кардиомиоцитах активную роль в генерации ПД и в инициации мышечного сокращения играют также ионы кальция и хлора. В фазе деполяризации проницаемость мембраны кардиомиоцитов для Са²⁺ увеличивается и ионы Са²⁺ поступают в клетку. Этот входящий Са²⁺ ток запускает освобождение Са²⁺ из саркоплазматического ретикулума, после чего внутриклеточная концентрация Са²⁺ увеличивается и он взаимодействует с сократительными элементами, вызывая сокращение мышечных волокон миокарда.

ПД кардиомиоцитов представляет собой суммарную картину последовательно изменяющихся во времени ионных токов, представленных в таблице 2.2.

1. Na⁺ ток (I_Na) отвечает за фазу быстрой деполяризации мембраны рабочих кардиомиоцитов предсердий и желудочков и волокон Пуркинье.

2. Са²⁺ ток (I_Ca) отвечает за фазу быстрой деполяризации ПД, генерируемых в сино-атриальном и атриовентрикулярном узлах, а также запускает процесс сокращения всех кардиомиоцитов.

3. К⁺ ток обеспечивает реполяризацию мембраны всех кардиомиоцитов.

4. “Пейсмекерный” ток (I_f) обеспечивает пейсмекерную активность (pace- темп, make – делать, то есть способность “задавать определенный темп”) клеток- водителей ритма синоатриального и атриовентрикулярного узлов и волокон Пуркинье.

Изменения МП в ходе генерации ПД традиционно принято разделять на фазы, которые показаны на рис. 2.6А – для ПД волокон проводящей системы и на рис. 2.6Б – для ПД миокарда желудочков.

Фаза 0 – восходящая фаза ПД, фаза деполяризации. Если она обусловлена только I_Ca (рис. 2.6А) – она будет развиваться медленно, если I_Ca и I_Na (рис. 2.6Б) – эта фаза будет быстрой.

Фаза 1 – это фаза короткой быстрой реполяризации, обусловленная инактивацией I_Na или I_Ca, и, возможно, активацией небольшого количества К⁺каналов (временный выходящий ток).

Фаза 2– плато, наблюдается только в ПД кардиомиоцитов желудочка. Эта фаза связана с входом ионов Са²⁺ или Na⁺ через их основные каналы.

Фаза 3 - реполяризация, зависит от выхода ионов К⁺ - это I_k.

Фаза 4 - отражает медленную спонтанную диастолическую деполяризацию, во время этой фазы клетки синоатриального и атриовентрикулярного узлов генерируют ПД. На рис. 2.7. приведены потенциалы действия, регистрируемые в кардиомиоцитах проводящей системы сердца и в рабочих кардиомиоцитах предсердий и желудочков.

Таблица 2.2. Основные ионы и ионные токи мембраны кардиомиоцитов, обеспечивающие генерацию ПД (по W.J.Lederer, 2003)

Обозначение тока	Название тока	Канал	Ион	Блокаторы
INa	Na+ ток	Потенциалчувствительный Na+-канал	Na+	Тетродотоксин, местные анестетики
IСа	Са 2+ ток	L-тип Са 2+-канала	Са 2+	Нифедипин, верапамил
Ik	Реполяризующий К+ток	Потенциалчувствительный Kv-канал	К+	Ва2+, Cs2+, тетраэтил- аммоний (ТЭА)
If	Пейсмекерный ток	Активируемый гиперполяризацией Н-канал	Na+, К+	Cs2+