Миокард

Миокард по своей структуре более гетерогенен, чем скелетная мускулатура. Кроме клеток рабочего миокарда, которые относятся к поперечно-полосатой мускулатуре, имеются проводящая система, состоящая из атипичных Т-клеток. Их отличает наличие отростков, кластерная форма, отсутствие вставочных дисков и саркомера.

Структурно-функциональной единицей клеток рабочего миокарда является кардиомиоцит–одноядерная клетка цилиндрической формы, длиной 10–100 мкм, диаметром 7-50 мкМ. Покрыт кардиомиоцит, как и скелетное волокно, двухслойной мембраной – сарколеммой. Саркомер кардиомиоцита несколько короче, чем у скелетной мышцы (1,5-1,7мкм)

Особенности:

1. Наличие вставочных дисков, на которых обрывается саркомер, общих для нескольких кардиомиоцитов.

2. Т-система контактирует только с продольными трубочками СПР, образуя диаду.

Потенциал покоя (ПП) кардиомиоцитов

Распределение концентаций (в мМ) ионов снаружи (ех) и внутри (in) кардиомиоцита при потенциале покоя (ПП) представлена в таблице ниже:

Равновесные электро-химические потенциалы, участвующие в образовании ПП кардиомиоцитов равны для ионов:

Калия Е_м – Е_к = -80- (-100) = 20мВ,

Натрия Е_м – Е_Na = -80 – (+50) = -130мВ

Хлора Е_м – Е_Cl = -80 – (+80) = 0мВ – пассивное распределение

Кальция Е_м – Е_Ca = 2[-80 – (+45)] = 450мВ

Транспортные системы, которые поддерживают ПП на уровне –80 / –90 мВ:

1. Nа⁺/K⁺ –АТФаза, удаляющая из клеток 3 иона натрия в обмен на 2 иона калия -электрогенна и уменьшает Е_м.

2. Са²⁺ – АТФаза поддерживает очень высокий градиент для ионов кальция, удаляя их наружу.

3. Nа⁺/Са²⁺ – обмен выносит ионы кальция, используя градиент к ионам натрия. При деполяризации мембраны – работает в обратном режиме, оставляя ионы кальция внутри.

Потенциал действия (ПД) рабочего миокарда имеет сложную структуру (Рис.):

1. Фаза быстрой регенеративной деполяризации

2. Фаза быстрой регенеративной реполяризации

3. Фаза медленной реполяризации

4. Конечная реполяризация

5. Межимпульсный потенциал.

Фаза быстрой регенеративной деполяризации (О-фаза) обеспечивается входящим ионным током (I_вх), который линейно зависит от Na_ext, и чувствителен к действию блокатора натриевых каналов ТТХ.

Вывод: входящий ток натриевой природы: I_Na = (t = 1-2 мсек, амплитуда = 1мкА/см²) связан с открыванием быстрых потенциал-зависимых натриевых каналов.

Фаза быстрой регенеративной реполяризации и медленной реполяризации

Представляют совокупность:

Один из компонент входящего ионного тока – медленный входящий ток I_Ii (порог – 35-10мВ max при 0мВ; t » 10-20мс.) не чувствителен к блокатору натриевых каналов ТТХ и не зависит от Na_еxt. Зато он чувствителен к внеклеточному кальцию и действию блокаторов кальциевых каналов.

Вывод: Совместно с ионами натрия за генерацию ПД кардиомиоцитов отвечают ионы кальция.

Особенности I_Ii : зависимость от метаболизма цАМФ, ионов кальция и рН.

Фосфорилирование канала приводит к увеличению его времени жизни и количеству активированных представителей. Мишенью для фосфорилирования является a-субъединица (150кД) кальциевого канала- кальцидуктин. Фермент, отвечающий за фосфорилирование - каталитическая субъединица (29кД) цАМФ-зависимой протеинкиназы.

Кальций-зависимая регуляция кальциевых каналов осуществляется с помощью кальций-связывающего белка кальмодулина (СаМ), распологающегося в их устье.

РН-зависимая регуляция кальциевых каналов: связана с тем, что при РН_e ниже 7,0 снижается кальциевый ток, а при рН_е = 6,1 он вообще равен 0.

Фазы реполяризации ПД кардиомиоцитов обусловлены:

1. Инактивацией натриевых каналов;

2. Активация выходящиего ионного тока – I_вых.

Природа I_вых транзиторный калиевый ток ( ,t – 50 мсек). Он чувствителен к блокаторам калиевых каналов: ТЭА, 4-аминопиридину, ионам цезия.

Подразделяют транзиторный ток в зависимости от механизмов регуляции на:

Са-зависимый

-ток

Са-независимый

Потенциал-чувствительные

а К⁺-каналы

Кальций-чувствительные

Калиевые каналы, через который идет калиевый ток в зависимости от порога (j_акт.) и времени активации (t) разделяют на:

Фаза плато (Фаза 2) ПД кардиомиоцитов обусловлена тем, что в этот период изменение мембранного потенциала не происходит:

, тогда общий ионный ток равен нулю (I=0), за счет того, что выходящая компонента становится равной выходящей:

I_вх= I_вых

I_вх обусловлена Is_i, тогда как,

I_вых = Iк + I_l

Фаза плато сменяется вновь реполяризацией (3), которая обеспечивается продолжающейся активацией Iк и наступлением инактивации Is_i.

Нобл (1962) предполагал, что I_вых обеспечивают К⁺-каналы аномального выпрямления, так как при Е< -60мВ они открыты, но закрываются при деполяризации, что снижает I_вых. Ходоров такие каналы нашёл в нейроне (Iк₂).

Фаза конечной реполяризаци (Фаза 3) ПД кардиомиоцитов обеспечивается нарастанием процесса инактивации Is_i, и активации I_к. В результате I₀-выходящий становится больше входящего. По природе Iк₁ протекает по каналам задержанного выпрямления (Ix₁ -t = 500мсек; Ix₂ – t =5сек).

Электромеханическое сопряжение в миокарде отличается от скелетного волокна тем, что в регуляции сокращения, наряду с кальцием СПР, в нем участвует внеклеточный кальций. Подтверждает эту точку зрения то, что Is_ii соотносится с силой сокращения на разных уровнях мембранного потенциала:

1. –60-50мВ–активация сокращения пороговый уровень Is_ii и сокращения не совпадают,

2. –20-+20мВ – пик Is_ii и сокращение тесно коррелируют,

3. > 20мВ величина Is_ii снижается более круто, чем сила сокращения.

Транзиторное изменение концентрации ионов кальция в цитоплазме обеспечивает:

1. Передачу возбуждения с сарколеммы на сократительный аппарат.

2. Насыщение ионами кальция приводит к генерации максимального сокращения.

3. Удаление ионов кальция из цитоплазмы – фактор расслабления.

Зависимость силы сокращения от частоты стимуляции говорит о том, что чем больше частота стимуляции, тем меньше пауза между двумя стимулами, меньше период покоя и ионы кальция не успевают закачиваться в СПР и выходить из клетки. Накопление ионов кальция в СПР приводит к повышению сокращения в последнем стимуле. Таким образом, I_si непосредственно не обеспечивает сокращение, а лишь стимулирует высвобождение ионов кальция из СПР. I_si подпитывает СПР ионами кальция (быстрая фаза Is_ii -ПД, медленная – подпитка).

Данная точка зрения подтвердилась в экспериментах Изенберга (одиночный кардиомиоцит + фиксация напряжения + регистрация сокращения + определение внутриклеточного кальция.)

1. При чередовании импульсов 500 мс чрез 500 мс регистрировался ПД, Is_i, Z₁ и Z₂ – быстрая и медленная компонента увеличения внутриклеточного кальция и сокращение.

2. При сокращении длительности импульсов до 50 мс ПД развивался, но Z₂ и Is_i – укорачивались, амплитуда сокращение снижалась.

3. Если первый стимул был короткий 50 мс, а второй нормальный -500 мс, то отсутствовала фаза Z₂, величина Is_i была нормальной, амплитуда сокращения снижалась.

4. Если первый стимул был нормальный 500 мс, а второй короткий 50 мс, то на фоне ПД были выражены обе фазы Z₁ и Z_2, и, хотя Is_i укорачивался, амплитуда сокращения была как в контрольном случае.

Вывод:

1. Фаза Z₁ совпадает с Is_i и им обусловлена.

2. Фаза Z₂ – связана с выбросом кальция из СПР и определяет амплитуду сокращения.

Автоматию сердца обеспечиваютР-клетки (N-клетки) – пейсмекеры, которые подразделяют на истинные и латентные. Они располагаются в синатриальном узле, атриовентрикулярном узле, пучках Бахмана, Гисса

Р-клетки объединены в пучки (гроздья) с общей базальной мембраной и у каждой своя плазматическая мембрана. Структура синатриального узла сочетает в центральной части Р-клетки; ближе к периферии – промежуточные клетки и рабочий миокард.

Электрофизиологические параметры Р-клеток.(Рис.)

1. плавный переход межимпульсного периода в фазу О ПД;

2. нет периода стабилизации фазы 4, т.е. нет как такового ПП. Существует медленная диастолическая деполяризация (МДД - max –50-60мВ);

3. медленная в фазу 0 (~ 10 в/с);

4. закругленная вершина;

5. отсутствие плато;

6. отсутствие или низкий овершут;

7. ПД не чувствителен к ТТХ, но угнетается блокаторами кальциевых каналов

8. Латентные пейсмекеры имеют большую скорость dV/dt в фазу 0 и меньшую скорость МДД, имеют плато с горбом.

Механизмы автоматии основаны на том, что состоянии покоя сумма входящих и выходящих ионных токов равна: S I_вх = S I_вых

Для возникновения МДД необходимо, чтобы S I_вх > S I_вых достаточного для достижения уровня порога и возникновения ПД.

Согласно гипотезе Бабского смещение IN_c в сторону более отрицательного Е_М, например, до -70мВ, при ПП в –55-60мВ будет приводить к усилению I_вх.

Согласно гипотезе Ходорова этого же эффекта можно достичь при снижении выходящего калтевого тока K.

Согласно гипотезе Noble, Tsien (1980) в этом процессе задействованы Iк₂ – каналы аномального выпрямления, которые кратковременно активируются при гиперполяризации мембраны, а затем их инактивация может привести к развитию МДД.

Хроноинотропия – сила сокращения зависит от частоты стимуляции.

Если она возрастает – это лестница Боудича, если снижается – Вудвордса.

Оценка хроноинотропии проводится сравнением амплитуд тестируемого сокращения (А_х) к фоновому (А_ф):

Если Р > 0 - лестница Боудича; Если Р <0 – Вудвордса.

Гипотеза Кохвезера: при возбуждении мышцы выделяются 2 фактора, которые действуют на сократительный аппарат:

1. NIEA – негативный инотропный эффект активации – вызывает снижение сокращения.

2. PIEA – позитивный инотропный эффект активации – усиливает сокращения.

В текущем режиме величина тестирующего сокращенияравна:

А_т =А_ф + PIEA – NIEA.

Если А_т > А_ф - лестница Боудича; если А_т <А_ф – Вудвордса.

Предположительные (гипотетические) факторы, влияющие на хроноионотропию:

1. Параметры ПД (увеличивается амплитуда и длительность ПД) -не соответствует экспериментальным данным, так как все наоборот.

2. Влияние нейрогуморальных факторов, но изопротеринол, резерпин (истощение кальциевого депо катехоламинами), атропин – все не действуют на хроноинотропию.

3. Турпаев предположил участи метаболитов хроноионотропном эффекте.

4. Участие ионов калия, которые ингибируют образование акто-миозинового комплекса. При частой стимуляции теряется К_int, за счёт активации Nа⁺/К⁺-АТФ-азы и увеличивается амплитуда сокращения. Но после эстрасистолы – эффект облегчения, хотя [К]_int – та же.

5. Чем больше ионов кальция, тем больше амплитуда сокращения. Кальций может поступать либо извне, либо из депо. Предпочтительней второй путь. Чем меньше потеря кальция в среду, тем больше его выйдет из СПР при втором стимуле и усилит второе сокращение.

6.Изаков отмечает роль Nа⁺/К⁺-АТФазы. При ПД входит много Nа⁺, который скапливается в примембранных слоях и активирует Nа/К-АТФазу. Это тормозит I_вых. К и наступает поздняя реполяризация, которая увеличивает поступление кальция в клетку и сокращение.

7. Nа⁺/Са²⁺-обмен. При увеличении Nа_i за счёт ПД создаётся локальный grad Na_i ® Na_e и усливает работу Nа⁺/Са²⁺ -обмена в обратном режиме, что увеличивает поступление кальция в клетку и сокращение.

Особенности биомеханики миокарда заключается в том, что онне способен к тетанусу и обладает большим напряжением покоя. Сокращение зависит от длины мышцы и частоты стимуляции. Скорость сокращения сердечной мышцы; меньше, чем скелетной мышцы.

В миокарде резко выражена зависимость силы сокращения от длины мышцы–Закон Франка-Старлинга(Энергия, выделяемая мышцей при переходе от покоя к сокращению, пропорциональна площади исходной активной поверхности) и, чтобы построить кривую «сила-длительность», надо делать опыты при данной мгновенной длине мышцы.