Фазы потенциала действия кардиомиоцита

Фаза 0. Во время этой начальной фазы возбуждения - фазы деполяризации - резко увеличивается проницаемость мембраны клетки для ионов Na⁺, которые быстро устремляются внутрь клетки (быстрый натриевый ток). При этом, естественно, меняется заряд мембраны: внутренняя поверхность мембраны становится поло­жительной, а наружная - отрицательной. Величина ТМПД изме­няется от -90 mV до +20 mV, т.е. происходит реверсия заряда - перезарядка мембраны. Продолжительность этой фазы не превы­шает 10 мс.

Фаза 1. Как только величина ТМПД достигнет примерно +20 mV, проницаемость мембраны для Na⁺ уменьшается, а для Cl^- увеличивается. Это приводит к возникновению небольшого тока отрицательных ионов Cl^- внутрь клетки, которые частично не­йтрализуют избыток положительных ионов Na внутри клетки, что ведет к некоторому падению ТМПД примерно до 0 или ниже. Эта фаза носит название фазы начальной быстрой реполяризации.

Фаза 2. В течение этой фазы величина ТМПД поддерживается примерно на одном уровне, что приводит к формированию на кривой ТМПД своеобразного плато. Постоянный уровень величи­ны ТМПД поддерживается при этом за счет медленного входяще­го тока Са²⁺ и Na⁺, направленного внутрь клетки, и тока К⁺ из клетки. Продолжительность этой фазы велика и составляет около 200 мс. В течение фазы 2 мышечная клетка остается в возбужден­ном состоянии, начало ее характеризуется деполяризацией, окон­чание - реполяризацией мембраны.

Фаза 3. К началу фазы 3 резко уменьшается проницаемость кле­точной мембраны для Na⁺ и Са²⁺ и значительно возрастает прони­цаемость ее для К⁺. Поэтому вновь начинает преобладать переме­щение ионов К⁺ наружу из клетки, что приводит к восстановле­нию прежней поляризации клеточной мембраны, имевшей место в состоянии покоя: наружная ее поверхность вновь оказывается заряженной положительно, а внутренняя поверхность - отрица­тельно. ТМПД достигает величины ТМПП. Эта фаза носит назва­ние фазы конечной быстрой реполяризации.

Фаза 4. Во время этой фазы ТМПД, называемой фазой диасто­лы, происходит восстановление исходной концентрации К⁺, Na⁺, Са²⁺, С1^- соответственно внутри и вне клетки благодаря действию «Na⁺/K⁺-насоса». При этом уровень ТМПД мышечных клеток ос­тается на уровне примерно -90 mV.

Клетки проводящей системы сердца и клетки синусового узла обладают способностью к спонтанному медленному увеличению ТМПП - уменьшению отрицательного заряда внутренней поверх­ности мембраны во время фазы 4. Этот процесс получил название спонтанной диастолической деполяризации и лежит в основе авто­матической активности клеток синоатриального (синусового) узла и проводящей системы сердца, т.е. способности к «самопроиз­вольному» зарождению в них электрического импульса.

Основные электрофизиологические механизмы аритмий

1. Изменение нормального автоматизма сино-атриального узла

• Изменение крутизны (скорости) спонтанной диастолической деполяризации: при ее возрастании пороговый потенциал воз­буждения достигается быстрее и происходит уча­щение синусового ритма. Противоположный эф­фект, т.е. замедление спонтанной диастоличес­кои деполяризации, ведет к замедлению сину­сового ритма.

• Изменение ве­личины мембранного потенциала покоя. Когда мембранный потенциал становит­ся более отрицательным (при гиперполяризации клеточной мембраны, например при действии ацетилхолина), требуется больше времени для достижения порогового потенциала возбуждения (если скорость спонтанной диасто­лическои деполяризации остается неизменной). Следствием такого сдвига будет уменьшение числа сердечных сокращений. При снижении мембранного потенциала покоя ЧСС, напротив, возрастает.

• Изменения критического уровня деполяризации (порогового потенциала возбуждения). Его уменьшение способствует учаще­нию синусового ритма, а увеличение - брадикардии. Величина порогового потенциала возбуж­дения кардиомиоцитов определяется свойства­ми Nа⁺-каналов, а клеток проводящей системы - Са²⁺-каналов. В связи с этим следует напомнить, что в основе фазы быстрой деполяризации в клет­ках рабочего миокарда лежит активация быст­рых Nа⁺-каналов, а в клетках проводящей ткани сердца - Са²⁺-каналов.

2. Аномальный (эктопический) автоматизм - это появление пейсмекерной активности в клетках сердца, не являющихся водителями сердечного ритма. Патологический автоматизм – образование участков эктопической активности в миокарде по механизму частичной деполяризации. Возникает в клетках при их частичной деполяризации (гипополяризация до 60-40 мВ). В норме экто­пическая активность подавляется импульсами, поступающими из СА-узла, но при блокаде про­ведения импульса по предсердиям главным во­дителем ритма сердца может стать АВ-узел. Его спо­собность к спонтанной деполяризации выражена менее, чем в клетках синусового узла, поэтому в условиях попереч­ной блокады обычно развивается брадикардия.

Еще менее выражена способность к автома­тизму у волокон Пуркинье. Однако эти волокна, как и другие клетки проводящей системы, бо­лее устойчивы к гипоксии, чем сократительные кардиомиоциты, в связи с чем не всегда погиба­ют в зоне ишемии. Вместе с тем электрофизио­логические свойства таких ишемизированных волокон Пуркинье существенно отличаются от параметров интактных волокон тем, что у них появляется пейсмекерная активность, а способ­ность к проведению импульса существенно сни­жается. Кроме того, спонтанная биоэлектричес­кая активность, возникающая в этих волокнах, в условиях патологии (например, при глубокой ишемии) перестает подавляться импульсами, поступающими из синусового узла, и может быть причиной возникновения желудочковых экстра­систол.

3. Постдеполяризация и триггерная активность. Постдеполяризация – вторичные подпороговые деполяризации, которые могут появляться:

а) во время 2-3 фаз ПД – ранние постдеполяризации.

Ранняя постдеполяризация - это преждев­ременная деполяризация клеток миокарда и проводящей системы, которая появляется тог­да, когда фаза реполяризации потенциала дей­ствия еще не завершена, потенциал мембра­ны еще не достиг потенциала покоя. Этот преждевременный ПД рассматривается как триггерный (наведенный), поскольку он обязан своим возникновением ран­ней пост деполяризации, исходящей от основно­го ПД. В свою очередь, второй (наведенный) ПД за счет своей ранней постдеполяризации может вызвать третий, тоже триггерный ПД, а третий ПД - четвертый триггерный ПД и т.д. Если источник триггерной активности находится в же­лудочках, то на ЭКГ подобный тип нарушений образования импульсов проявляется, как желу­дочковая экстрасистолия или полиморфная же­лудочковая тахикардия.

Можно указать таких два важнейших условия возник­новения ранних постдеполяризаций, как: удли­нение фазы реполяризации потенциала действия и брадикардия. При замедлении реполяризации и, соответственно, увеличении общей продолжи­тельности ПД может возникнуть преждевремен­ная спонтанная деполяризация в тот момент, когда процесс реполяризации еще не завершил­ся. При уменьшении частоты основного ритма сердца (брадикардия) происходит постепенное возрастание амплитуды ранних постдеполяриза­ций. Достигнув порога возбуждения, одна из них вызывает образование нового ПД еще до завер­шения исходного.

Поскольку ранние постдеполяризации реали­зуются за счет активации Na⁺- и Са²⁺-каналов, супрессировать связанные с ними нарушения сердечного ритма можно с помощью блокаторов названных каналов.

Возникновению ранних постдеполяризаций способствуют: гиперкатехоламинемия, гипокалиемия, ацидоз, ишемия, синдром удлиненного интервала Q-T. Часто по­добный автоматизм является результатом при­менения антиаритмических препаратов, блоки­рующих К⁺-каналы (соталол, хинидин и др.).

б) непосредственно после ПД – задержанные (поздние) постдеполяризации

Поздние (задержанные) постдеполяризации - это преждевременная деполяризация клеток миокарда и проводящей ткани, которая появ­ляется сразу же после завершения фазы репо­ляризации. Возникают, как правило, после частичной гиперполяризации (следовые потенциалы). Если амплитуда постдеполяризации достигает КУД, возникает ПД и т.д. Подпороговые колебания мем­бранного потенциала, которые в норме могут присутствовать, но никогда себя не проявляют, при патологических состояниях, вызывающих Са²⁺-перегрузку кардиомиоцитов, могут возрас­тать по амплитуде, достигая порога возбужде­ния.

Повышение внутриклеточной концентрации ионов кальция вызывает активацию неселектив­ных ионных каналов, обеспечивающих усилен­ное поступление катионов из внеклеточной сре­ды в кардиомиоцит. При этом в клетку поступа­ют главным образом ионы Na⁺, концентрация которых в экстрацеллюлярной жидкости намного превышает уровень К⁺ и Са²⁺. В результате от­рицательный заряд внутренней поверхности кле­точной мембраны уменьшается, достигая поро­говой величины, вслед за чем возникает серия преждевременных ПД. В конечном итоге фор­мируется цепь триггерных возбуждений.

Триггерная активность клеток сердца, связан­ная с задержанными постдеполяризациями, мо­жет возникнуть под действием сердечных гликозидов или катехоламинов. Очень часто она появляется при инфаркте миокарда.

Рис. Б – ранние постдеполяризации; В – поздние постдеполяризации.