2.1.2. Рефрактерный период сердечной мышцы

Сердечная мышца, как и все электровозбудимые ткани, во время развития потенциала действия нечувствительна к новому возбуждению, то есть рефрактерна. Следовательно, рефрактерный период сердца – это интервал времени, в течение которого нормальный сердечный импульс не может повторно возбуждать уже возбужденную область сердечной мышцы. Это период абсолютной рефрактерности. В норме период абсолютной рефрактерности желудочков длится от 0,25 до 0,3 с, что соответствует продолжительности потенциала действия (0,3 с или 300 мс). Затем наступает период относительной рефрактерности, длительностью примерно 0,05 с, в течение которого мышца уже восстанавливает свою возбудимость, но она остается все еще пониженной. В этот период мышца может быть возбуждена, но только в ответ на очень сильный стимул. В самом конце периода рефрактерности наблюдается короткий период гипервозбудимости (так называемый “уязвимый” период). Рефрактерный период мышцы предсердия намного короче и составляет примерно 0,15 с, а период относительной рефрактерности – 0,03 с. Поэтому предсердия могут сокращаться с большей частотой, чем желудочки. Длительность ПД кардиомиоцитов, а следовательно и период рефрактерности, не является строго фиксированной константой и может укорачиваться при увеличении частоты сердечных сокращений.

Ионные механизмы рефрактерности. Как уже говорилось, однократно активированные кардиомиоциты желудочков будут рефрактерны к повторной активации. Этот период абсолютной рефрактерности объясняется инактивацией входящих токов - I_Na и I_Ca , поэтому дополнительный электрический стимул не будет иметь никакого эффекта. В конце фазы плато клетка начинает реполяризоваться, т.к. начинает увеличиваться I_K. По мере восстановления I_Ca и I_Na после инактивации наступает период относительной рефрактерности. В этот период дополнительный электрический стимул может вызвать генерацию ПД, но гораздо меньшей амплитуды.

Рефрактерность защищает сердце от возможного сокращения в ответ на частые повторные стимулы, которые могут приходить, например, из эктопических (расположенных вне проводящей системы) очагов генерации ПД. Рефрактерность также предотвращает развитие в сердечной мышце тетанусов (сильное, длительное сокращение), наблюдаемых в скелетной мускулатуре. Экстрасистолические сокращения снижают эффективность насосной функции сердца, а тетанусы могли бы привести к тому, что сердце все время находилось бы в систоле.

2.2. Автоматия

Способность сердечных пейсмекерных клеток инициировать импульсы спонтанно, без участия внешнего нейрогуморального контроля, называется автоматией. Доказательством автоматии является опыт “изолированного сердца” - то есть сердце, помещенное в соответствующие условия, продолжает сокращаться даже будучи изолированным из организма. Для сокращения же скелетной мышцы, наоборот, обязательно нужна стимуляция иннервирующего ее нерва. Самую высокую частоту сердечных сокращений обеспечивают пейсмекерные клетки синоатриального узла. Способность клеток синоатриального узла к автоматии обусловлена изменениями ионной проницаемости мембраны. Даже в покое в этих клетках мембранный потенциал не стабилен, т.к. постоянно происходит снижение калиевой проводимости и одновременное увеличение проводимости, Са²⁺ и Н-каналов, что смещает МП в положительную сторону – к пороговому уровню. После того, как спонтанная деполяризация достигнет порогового уровня, в клетке генерируется ПД. При действии норадреналина порог достигается быстрее, и частота сердечных сокращений увеличивается (рис. 2.9.В). АХ, наоборот, замедляет процесс достижения порогового уровня и частота сердцебиений уменьшается (рис. 2.9Б). На скорость развития спонтанной деполяризации влияют также гормоны, температура тела, лекарственные препараты и болезни.

Синоатриальный узел - главный пейсмекер сердца. Термин пейсмекерная активность относится к спонтанной деполяризации клеточной мембраны, которая приводит к возникновению ПД в других, невозбужденных клетках. В нормальном сердце различают клетки, способные спонтанно деполяризоваться, которые располагаются в синоатриальном узле, атриовентрикулярном узле, пучке Гиса и волокнах Пуркинье. Эти клетки сердца способны инициировать сердцебиение, однако пейсмекер, генерирующий импульсы с самой большой частотой, будет доминировать, а остальные клетки будут только проводить импульсы, возникшие в этом месте. В нормальных условиях главным генератором ПД является синоатриальный узел.

Пейсмекерная активность базируется на 2-х фундаментальных принципах. Первый - входящие или деполяризующие мембранные токи взаимодействуют с выходящими или гиперполяризующими токами, в результате чего устанавливается регулярный цикл чередования спонтанной де- и реполяризации. Второй - в атипических кардиомиоцитах эти токи взаимодействуют на протяжении фазы 4 (медленная спонтанная диастолическая деполяризация) в довольно узких пределах изменения диастолических потенциалов: от -70 до -50 мВ в клетках синоатриального и атриовентрикулярного узлов, и от -90 до -65 мВ в волокнах Пуркинье.

Синоатриальный узел располагается в правом предсердии и является главным и единственным местом возникновения электрических сигналов в сердце млекопитающих (табл. 2.3). В этом небольшом участке сердца расположены специфические клетки, способные генерировать импульсы с самой большой частотой, что обеспечивает нормальный ритм сердечных сокращений - 60 ударов в минуту и больше. Ритмичность генерации импульсов обеспечивается взаимодействием трех потенциал-зависимых ионных токов: 1) I_Ca 2) I_K и 3) I_f . Сумма выходящего тока (I_K, рис. 2.6 А) и двух входящих токов (I_Ca и I_f ) обеспечивают развитие медленной спонтанной диастолической деполяризации фазы 4 ПД в клетках синоатриального узла. МП в клетках синоатриального узла не превышает -60 --70 мВ. По мере достижения порога, равного примерно -55 мВ, происходит активация I_Ca и он становится регенеративным (самоусиливающимся или самоподдерживающимся), и возникает восходящая фаза ПД. Эта деполяризация быстро “выключает” (инактивирует) I_f и процесс начинается снова. Эти мембранные токи находятся под контролем местных или циркулирующих в крови веществ (например, ацетилхолина, адреналина, норадреналина), и являются мишенью для действия терапевтических препаратов, изменяющих сердечный ритм (блокаторов Са²⁺ каналов или -адренергических блокаторов).

Атриовентрикулярный узел. Атриовентрикулярный узел расположен в виде кольца чуть выше атриовентрикулярной перегородки (рис. 2.8.) и является пейсмекером второго порядка в сердце млекопитающих (табл. 2.3.). В норме атриовентрикулярный узел возбуждается импульсами, приходящими по проводящему пути. Также как и в клетках синоатриального узла, ритмичность его работы является результатом взаимодействия трех потенциал-зависимых токов: 1) I_Ca 2) I_K и 3) I_f.

Свойства клеток синоатриального и атриовентрикулярного узлов во многом похожи - они имеют одинаковые форму и динамику ПД (рис. 2.7.), пейсмекерный механизм и чувствительность к препаратам. Но частота сердцебиений, обеспечиваемая работой этого узла, составляет всего 40 ударов в минуту, поэтому в норме он не является водителем ритма. Однако, если синоатриальный узел, по каким-либо причинам, остановится, то атриовентрикулярный узел может взять на себя контроль за деятельностью сердца.

Система пучок Гиса - волокна Пуркинье. Эта система волокон начинается от атриовентрикулярного узла пучком Гиса, который разветвляется на правую и левую ножки (рис. 2.8.). Правая ножка проводит электрические сигналы к миокарду правого желудочка, а левая - к левому желудочку. Анатомическое строение левой ножки вариабельно, она часто разветвляется на две веточки - левую переднюю и левую заднюю. Клетки пучка Гиса обладают самой низкой пейсмекерной активностью и могут обеспечить частоту сердечных сокращений, равную всего лишь 20- 30 ударам в минуту. Таким образом, эти волокна могут стать пейсмекерами только в том случае, если отключатся и синоатриальный и атриовентрикулярный узлы. С другой стороны пучок Гиса и волокна Пуркинье чрезвычайно эффективно обеспечивают проведение возбуждения внутри желудочков, кроме того, они обладают высокой скоростью проведения ПД (4 - 5 м/с).

ПД, генерируемый в волокнах Пуркинье (рис. 2.7.), зависит от 4-х потенциал-зависимых ионных токов: 1) I_Na (не присутствует в клетках синоатриального и атриовентрикулярного узлов); 2) I_Ca , 3) I_K и 4) I_f .

Рис. 2.9. Модуляция пейсмекерной активности

Таблица 2.3. Электрические свойства различных тканей сердца (по W.J.Lederer, 2003)

Ткань	Функция	Потенциал- зависимые ионные токи	-адренергический эффект (например адреналина)	Холинергический эффект (например ацетилхолина)
Синоатриальный узел	Главный пейсмекер	ICA, IK, If	Скорость проведения Ритм пейсмекера	Ритм пейсмекера Скорость проведения
Мышцы предсердий	Сокращение	INa, ICa, IK	Сила сокращения	Слабый эффект
Атриовентрикулярный узел	Вторичный пейсмекер	ICa, IK, If	Cкорость проведения Ритм пейсмекера	Ритм пейсмекера Скорость проведения
Пучок Гиса и волокна Пуркинье	Быстрое проведение ПД, третичный пейсмекер	INa, ICa, IK, If	Ритм пейсмекера	Ритм пейсмекера
Мышцы желудочков	Сокращение	INa, ICa, IK	Сократимость	Слабый эффект

Диастолическая деполяризация в этих клетках развивается очень медленно, поэтому она недостаточна для достижения порога и запуска ПД, и волокна Пуркинье не могут быть водителями ритма. Однако из-за присутствия I_Na они могут быстро проводить ПД по всему миокарду желудочков.