Потенциал пейсмекера: механизмы генерации и роль в ритмичности сердца.

Введение

В клетках, генерирующих ритм сердца (например, в синоатриальном узле), потенциал кардиостимулятора (также называемый током кардиостимулятора) – это медленное, положительное увеличение напряжения на клеточной мембране (потенциал мембраны), которое происходит между окончанием одного потенциала действия и началом следующего. Это увеличение потенциала мембраны приводит к тому, что клеточная мембрана, обычно поддерживающая потенциал мембраны покоя около 65 мВ, достигает порогового потенциала и, следовательно, генерирует следующий потенциал действия; таким образом, потенциал кардиостимулятора обеспечивает самовозбуждающееся ритмическое возбуждение (автоматизм) клеток кардиостимулятора, а скорость его изменения (т.е. наклон) определяет время возникновения следующего потенциала действия и, следовательно, внутреннюю частоту возбуждения клетки. В здоровом синоатриальном узле (SAN, сложная ткань в правом предсердии, содержащая клетки кардиостимулятора, которые обычно определяют внутреннюю частоту возбуждения для всего сердца), потенциал кардиостимулятора является основным определяющим фактором частоты сердечных сокращений. Поскольку потенциал кардиостимулятора представляет собой фазу расслабления между сердечными сокращениями (диастолу), он также называется диастолической деполяризацией. Величина чистого входящего тока, необходимого для изменения потенциала клеточной мембраны во время фазы кардиостимулятора, чрезвычайно мала, порядка нескольких пикоампер, но этот чистый поток возникает за счет меняющегося во времени вклада нескольких токов, обладающих различной зависимостью от напряжения и времени. В литературе неоднократно сообщалось о доказательствах активного участия K+, Ca2+, Na+ каналов и Na+/K+ обмена во время фазы кардиостимулятора, однако ряд данных указывает на "смешной" (If) ток как на один из наиболее важных. (см. смешной ток). В настоящее время имеется достаточно доказательств того, что также транзиенты Ca2+ саркоплазматического ретикулума (SR) участвуют в генерации диастолической деполяризации посредством процесса, включающего Na-Ca обменник. Ритмическая активность некоторых нейронов, таких как комплекс пре-Бётцингера, модулируется нейротрансмиттерами и нейропептидами, и такая модулирующая связь обеспечивает нейронам необходимую пластичность для генерации отличительных, зависящих от состояния ритмических паттернов, определяемых потенциалами кардиостимулятора.

In the pacemaking cells of the heart (e. g., the sinoatrial node), the pacemaker potential (also called the pacemaker current) is the slow, positive increase in voltage across the cell's membrane (the membrane potential) that occurs between the end of one action potential and the beginning of the next action potential. This increase in membrane potential is what causes the cell membrane, which typically maintains a resting membrane potential around 65 mV, to reach the threshold potential and consequently fire the next action potential; thus, the pacemaker potential is what drives the self generated rhythmic firing (automaticity) of pacemaker cells, and the rate of change (i. e., the slope) of the pacemaker potential is what determines the timing of the next action potential and thus the intrinsic firing rate of the cell. In a healthy sinoatrial node (SAN, a complex tissue within the right atrium containing pacemaker cells that normally determine the intrinsic firing rate for the entire heart), the pacemaker potential is the main determinant of the heart rate. Because the pacemaker potential represents the non contracting time between heart beats (diastole), it is also called the diastolic depolarization. The amount of net inward current required to move the cell membrane potential during the pacemaker phase is extremely small, in the order of few pAs, but this net flux arises from time to time changing contribution of several currents that flow with different voltage and time dependence. Evidence in support of the active presence of K+, Ca2+, Na+ channels and Na+/K+ exchanger during the pacemaker phase have been variously reported in the literature, but several indications point to the “funny”(If) current as one of the most important. (see funny current). There is now substantial evidence that also sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ transients participate to the generation of the diastolic depolarization via a process involving the Na–Ca exchanger. The rhythmic activity of some neurons like the pre Bötzinger complex is modulated by neurotransmitters and neuropeptides, and such modulatory connectivity gives to the neurons the necessary plasticity to generating distinctive, state dependent rhythmic patterns that depend on pacemaker potentials.

Индукция

Запуск пейсмейкерных клеток происходит электрически при достижении порогового потенциала клеточной мембраны. Пороговый потенциал – это уровень потенциала, которого должна достичь возбудимая клеточная мембрана, например, миоцит, чтобы инициировать потенциал действия. Эта деполяризация вызывается очень небольшими суммарными входящими токами ионов кальция через клеточную мембрану, что и приводит к возникновению потенциала действия.

Биопацемеры

Биокардиостимуляторы – это результат стремительно развивающейся области исследований, направленной на создание замены электронному кардиостимулятору. Биопацемейкер превращает неактивные клетки миокарда (например, клетки предсердий) в клетки с функцией водителя ритма. Это достигается за счет того, что клетки начинают экспрессировать ген, создающий ток водителя ритма.