Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Ионные механизмы возбуждения

Ф КГМУ 4/3-04/04

ИП № 6 от 14 июня 2007 г.

КАРАГАНДИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ БИОФИЗИКИ И ИНФОРМАТИКИ

Лекция

Тема: Принципы преобразования медикобиологической информации. Физические основы ЭКГ. Принципы регистрации и анализа ЭЭГ.

Подтема: Физика ЭКГ. Потенциал действия кардиомиоцитов. Проведение потенциалов действия по тканям сердца

Дисциплина: ООD 012 МВ 1112 «Медицинская биофизика»

Специальность: 130100 «Общая медицина»

Курс: 1

Время: 1ч.

 

Караганда 2015 г.


Утверждена на заседании кафедры Протокол №_____

от "____"__________20___г

Зав.кафедрой профессор _______ Б.К. Койчубеков


Тема: Принципы преобразования медикобиологической информации. Физические основы ЭКГ. Принципы регистрации и анализа ЭЭГ.

Подтема: Физика ЭКГ. Потенциал действия кардиомиоцитов. Проведение потенциалов действия по тканям сердца

Цель: Изучить физические и физико-химические механизмы генеза мембранного потенциала. Показать молекулярную основу происхождения мембранных потенциалов и их роль в проведении возбуждения. Обосновать роль изменения скорости передачи информации в изменении функционального состояния организма.

ПЛАН лекции

1.Кальциевые каналы. Особенности функционирования.

2. МЕХАНИЗМ ГЕНЕРАЦИИ ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ КАРДИОМИОЦИТА

2.1. Особенности генеза потенциала действия в кардиомиоцитах

2.2.1 Ионные механизмы возбуждения

3. ДИАСТОЛИЧЕСКАЯ ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ И ПОРОГОВЫЙ ПОТЕНЦАЛ

 

ТЕЗИСЫ ЛЕКЦИИ:

Кальциевые каналы. Особенности функционирования.

Са-каналы плазматической мембраны (ПМ) являются олигомерными белками. Са-каналы ПМ состоят из пяти типов субъединиц (al, a2, ковалентно связанная S-S-мостиками с d-субъединицей, b и g), три их которых гликози-лированы. Формирующая Са-канал al-субъединица является также рецептором дигидропиридинов и "сенсором напряжения" на ПМ. Эта субъединица состоит их четырех трансмембранных доменов, каждый из которых сформирован шестью гидрофобными a-спиральными участками. В каждом повторе четвёртый a-спиральный участок (показан синим цветом) содержит положительно заряженные аминокислотные остатки и движется перпендикулярно к плоскости ПМ при изменении трансмембранного потенциала. Про­исходящие при этом изменения конформации молекулы затрагивают и цитоплазматические петли al-субъединицы, в том числе и петлю между II и III повторами (выделена жирной линией), которая обеспечивает контакт Са-канала ПМ и рианодинового рецептора в скелетных мышцах. Функции остальных субъединиц Са-канала ПМ окончательно не выяснены. Вероятно, они определяют правильную ориентацию a1-субъединицы в мембране, регулируют ее чувствительность к мембранному потенциалу и электрические характеристики канала. Кроме того, фосфорилирование этих субъединиц протеинкиназами также изменяет свойства Са-канала ПМ (слайд 1).

Механизмы открывания Са+ каналов, а следовательно и последующие внутриклеточные процессы являются филогенетически очень древними. Эти процессы свойственны даже простейшим.

В настоящее время имеются сведения о токах в одиночных Са+ каналах кардиомиоцитов. Эти токи имеют более сложный характер по сравнению с Na+ и К+-токами аксонов (слайд 2).

Отличительной особенностью функционирования каналов этого типа является тот факт, что при серии деполяризационных скачков потенциалам мембраны не во всех каналах возникают вспышки импульсов тока. Такие импульсы тока оказываются характерны для 70% каналов, а 30% – молчат. Каждый открывшийся канал находится в этом состоянии в среднем 1мс. Еще одной отличительной чертой этих каналов является тот факт что интервал между двумя последовательными открытыми состояниями составляет не более 0,2 мс. Суммарный Са+- ток быстро нарастает и инактивируется с постоянной времени 130 мс. Величина общего тока зависит от длительности и частоты вспышек. Амплитуда тока составляет 1 пА (слайд 2).

МЕХАНИЗМ ГЕНЕРАЦИИ ПОТЕНЦИАЛА ДЕЙСТВИЯ

КАРДИОМИОЦИТА

Особенности генеза потенциала действия в кардиомиоцитах

Потенциал действия мышечной клетки миокарда – кардиомиоцита значительно отличается от потенциала действия нервного волокна и клетки скелетной мышцы. И здесь необходимо отметить следующее (рис 9), что первая фаза деполяризации протекает очень быстро, так же как в аксоне нервной клетки и представляет собой реверсию мембранного потенциала от уровня покоя (примерно –90 мВ) до пика ПД (примерно 30 мВ). Продолжительность данной фазы 1-2 мс. (слайд 3)

Далее, на следующей фазе, проявляются отличие ПД кардиомиоцита от ПД других клеток. За фазой быстрой деполяризации следует фаза плато, характерная только для клеток этого типа, а только затем наступает 3 фаза – фаза реполяризации, завершением которой является восстановление потенциала покоя. Если длительность ПД аксона составляет 1 мс, клетки скелетной мышцы 2 - 3 мс, то длительность потенциала действия кардиомиоцитов желудочков сердца составляет от 200 до 400 мс. Такое длительное развитие потенциала действия клеток сократительного миокарда желудочков неслучайно, так как благодаря этому обеспечивается синхронность генеза ПД в клетках миокарда, а следовательно и синхронность сокращения в систолу т обеспечение выброса крови в сосудистое русло.

Ионные механизмы возбуждения

Известно, что процесс возникновения ПД связан с изменением мембранного потенциала, а также проницаемости мембраны для различных ионов и ионных потоков.

Сохранение ионного баланса в кардиомиоцитах обеспечивает K+- Na+- и Са2+-насосы, активно перекачивающие ионы Na+ и Са2+ наружу, а ионы K + - внутрь клетки. Этот процесс носит ферментативный характер, и осуществляется благодаря локализованным в сарколемме миокардиальных клеток ферментов – К+- Na+ АТФазы и Са2+ -АТФазы.

Используя специфические ингибиторы ферментов, в частности уабоин было установлено, что плотность молекул K+- Na+ насоса в мембране, а число циклов насоса оценивается 20 в секунду. Тогда на 1 см2 за одну секунду происходят 2 • 1012 циклов насосов. Так как за каждый цикл насос переносит 3 иона Na+, то всего переносится 6 • 1012 ионов за 1 с на 1 см2.

В покое проницаемость мембраны для ионов Na+ и Са2+ весьма мала. Потенциал покоя, как и в нервных волокнах, определяется в основном К+ - потенциалом, который поддерживается благодаря работе электрогенного натриевого насоса.

Фаза деполяризации (1 фаза), не отличается по своим молекулярным механизмам от аналогичной фазы в нервных клетках, и связана со значительным повышением проводимости для натрия (слайд 4).

Но данный процесс недолгий. время жизни 1 - 2 мс и может доходить до 6 мс. Соотношение проницаемости для К+ и Na+ d ‘njn gthbjl: Р = 1:. Порог активации натриевых каналов примерно -60 мВ.

Далее процесс быстрой деполяризации мембраны сменяется более медленными фазами. Начальный входящий натриевый, ток очень быстро инактивируется, что также напоминает нервную клетку. Процесс же реполяризации носит иной молекулярный характер по сравнению с нервной клеткой.

К числу таких механизмов относятся:

1. медленный рост проводимости для Ca2+, результатом этого процесса является возникновение деполяризующего входящего тока кальция (медленный входящий ток)

2. снижение проводимости для K+ возникающее при деполяризации и уменьшающее реполязирующий выходящий ток K+.

Так в фазе плато, где спад мембранного потенциала происходит от +30мВ до 0 мВ работают два типа каналов – медленные кальциевые и калиевые каналы. Кальциевые каналы имеют порог активации около -30 мВ, а время их жизни примерно 200 мс. В результате открывания кальциевых каналов возникает деполяризующий медленный входящий в клетку кальциевый ток.

Одновременно с ростом кальциевого тока растет проводимость для ионов калия gК, что приводит к возникновению вытекающего калиевого тока, реполяризующего мембрану. Далее происходит уменьшение проводимости мембраны для ионов кальция при продолжающемся увеличении проводимости для ионов калия и наступает следующая фаза -фаза — реполяризация

Она характеризуется закрытием кальциевых каналов, ростом величины gК и усилением выходящего тока К+

Основываясь на существование трех типов каналов в кардиомиоците можно получить уравнение для мембранного тока при возбуждении

 

Второе и третье слагаемое - составляющие входящих деполяризующего быстрого тока Na+ и медленного Са2+, четвёртое - выходящий реполяризующий ток K+. Для кальциевого канала, так же как и для натриевого, предполагается существование активирующих d и инактивирующих f частиц, состояние которых описывается некоторыми вероятностными потенциалозависимыми параметрами.

Описание кинетики параметров активации d и инактивации f является сложной научной задачей, поиски решения которой в настоящее время интенсивно ведутся.

Процессы возбуждения кардиомиоцита изучаются с помощью ряда специальных методов. Один из них - это метод блокаторов (антагонистов) ионов кальция. Были найдены специфические блокаторы кальциевого тока в миоците: препараты Д-600, верапамил, катионы металлов La3+, Mn2+ и некоторые другие. Эти вещества прекращают доступ кальция внутрь клетки и тем самым изменяют и величину, и форму потенциала действия. Кальциевые каналы не блокируются тетродотоксином (блокатором ионов Na+, что дает основание допускать существование в кардиомиоцитах отдельных кальциевых каналов.

Распределение ионов кальция по сердечной мышце в норме и патологии изучается с помощью метода радионуклидной диагностики. Для этого используют радиоактивный изотоп кальция - Са2+, b - излучение которого регистрируется сканерами.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...