Жүрек электрофизиологиясы

Жүрек электрофизиологиясы.

1.Кальцийлік каналдар. Олардың қызмет атқару ерекшеліктері.

 

Плазматикалық мембрананың (ПМ) Са-каналдары олигомерлы ақуыздар болып табылады. ПМ Са-каналдары  бес суббірліктерден тұрады (al, a2, ковалентті S—S байланыс арқылы d-, b және g-суббірліктерімен байланады). Са-каналды құрайтын al-суббірлік дигидропиридиндердің рецепторы, сонымен қатар плазматикалық мембрананың қалпының сенсоры болып табылады. Бұл суббірлік төрт трансмембраналық домендерден тұрады, олардың әрқайсысының құрамына a-спиральдар кіреді. Әр қайталану сайын төртінші a-спиральдің құрамына (сурет - 1, көк түспен көрсетілген) оң зарядталған аминоқышқыл қалдықтары кіреді және ол трансмембраналық потенциал өзгерген кезде мембрананың жазықтығына қарай перпендикулярлы түрде жылжиды. Бұл кезде туатын молекуланың конформациялық өзгерістері al-суббірліктің цитоплазматикалық ілмектеріне да өз әсерін тигізеді (оның ішінде 2-ші және 3-ші қайталанулардың арасындағы ілмек).Бұл ілмек ПМ кальцийлік каналының қаңқа бұлшық еттердегі рианодиндік рецепторымен контактты қамтамасыз етеді. Кальцийлік каналдардың басқа бірліктерінің функциялары әлі анықталмаған. Мүмкін олар a1-суббірліктің мембранадағы дұрыс ориентациясын анықтайтын, оның мембраналық потенциалға сезімталдығын реттейді және каналдың электр қасиеттері үшін жауапты болады. Бұл суббірліктерді протеинкиназалармен фосфорлендіру плазматикалық кальцийлік каналдарының қасиеттерін өзгертеді (сурет - 1).

Сурет – 1. Потенциал тәуелді кальцийлік каналдың құрылымы

Са⁺ каналдардың ашылу механизмдері, сонымен қатар жасушаның  ішіндегі басқа процестері филогенездің көз қарасынан көне механизм болып табылады. Бұл механизмдерді қарапайым біржасушалық ағзалар да қолданады.

Қазіргі замаңда  кардиомиоциттердің жеке каналдарындағы токтар туралы мәліметтер бар. Аксондардың натрийлік және калийлік токтарымен салыстырған бұл токтардың түрі өте күрделі (сурет - 2).

 

Сурет -2. 30% А. В қалыпты кезеңдерде канал арқылы ток шақырылмайды. Б. В присутствии 1 мкМ адреналина қатысса біреулік каналдардың топтарының ашылуы жалғасады.

Бұл каналдардың  қызмет атқаруының ерекшелігі – мембрананың  деполяризациялық секірістер сериясы  кезінде токтың импульстары барлық каналдарда пайда болмайды. Каналдардың 70% жауап береді, қалғандары үндемейді. Әр ашылған канал бұл қалыпта 1 мс  уақыт  болады.

Екі тізбекті (бірінен  сон бірі келетін) ашық қалыптардың  арасындағы интервал 0,2 миллисекундтан көп болмайды. Кальцийлік қосынды  тогы өте жедел өседі және 130 мс. ішінде инактивацияға ұшырайды. Ток  амплитудасы -  1 пА (сурет - 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Кардиомиоциттің әрекет потенциалының пайда болу  механизмі

Кардиомиоциттердегі пайда  болатын әрекет потенциалының ерекшеліктері

Миокард бұлшық етінің әрекет потенциалы жүйке талшығының әрекет потенциалынан  ерекшеленеді. Деполяризацияның бірінші фазасы өте жылдам жүреді (-90 мВ сәйкес келетін тыныштық қалыптан әрекет потенциалының  шыңына дейін, -30 мВ).(сурет - 3)

 

Сурет - 3. Кардиомиоциттің әрекет потенциалы

 

Келесі фаза – плато (бұл жасушалардың  ерекше сипаттамасы), ал үшінші фаза – реполяризация фазасы болып табылады. Егер де аксонның әрекет потенциалы 1 мс уақытқа  созылса, қаңқа бұлшық етінің потенциалы - 2-3 мс болса, жүректің қарыншаларының кардиомиоциттерінің әрекет потенциалының уақыты – 200-400 мс. болады. Әрекет потенциалының өсу уақыты ұзақ болғандығы миокард талшықтарындағы әрекет потенциалының  синхрондығын, сонымен қатар систола кезіндегі жиырылу синхрондығын және қанның қан арнасына құйылуын қамтамасыз етеді.

Қозудың иондық механизмдері

Әрекет потенциалы мембраналық потенциалдың өзгеруімен, сонымен бірге мембрананың әр түрлі иондар үшін өтімділігінің өзгеруімен  байланысты екендігі белгілі.

Кардиомиоциттердегі иондық балансты бір қалыпта K⁺-, Na⁺- және Са²⁺-насостары қамтамасыз етеді, олар белсенді түрде Na⁺ және Са²⁺ иондарын сыртқа айдайды да K⁺ иондарын жасушаның ішіне кіргізеді. Бұл процесс ферменттік болып сипатталады және миокард жасушаларының сарколеммасында орналасқан ферменттердің (К⁺-Na⁺ - АТФаза және Са²⁺ -АТФаза) көмегімен жүзеге асырылады.

Ферменттердің спецификалық ингибиторлерін қолдана отырып (мысалы, уабоин) K⁺- Na⁺ насосы молекалаларының мембранадағы тығыздығы өте жоғары, ал әр секундқа келетін насос циклдерінің саны жиырмаға дейін жететіндігі анықталған. Егер де әр циклдің ішінде насос натрийдін 3 ионын таситын болса , онда ауданы 1 см² мембрана бет ауданында  1 секунд ішінде

6 • 10¹² иондар өткізіледі.

Тыныштық қалыпта  мембрананың Na⁺ және Са²⁺ үшін өтімділіктері жеткілікті төмен. Тыныштық потенциалы электрогенді натрийлік насостың жұмысы арқылы бір қалыпта болатын К⁺  потенциалымен анықталады.

Деполяризация фазасының (1 фаза) механизмдері жүйке  талшықтарындағы деполяризация  фазасынан ерекшеленбейді және натрий үшін өтімділіктің  біршама артуымен байланысты (сурет - 4).

 

 

Сурет – 4. Мембраналық потенциалдың және иондар үшін өтімділіктің уақыт ішіндегі өзгерістері

 

Бұл процесс  өте қысқа. Өмір сүру уақыты 1- 2мс және 6мс уақытқа жетуі мүмкін. K⁺  және  Na⁺ үшін өтімділіктердің арақатысы бірге тең .   Натрийлік каналдардың активациялау табалдырығы - 60 мВ.

Әрі қарай мембрананың  жылдам процесі баяуланған  фазалармен ауысады. Алғаш болып кіретін  натрийлік ток өте жылдам инактивтендіріледі ,жүйке талшығын еске түсіреді.Ал реполяризация  процесі жүйке талшығымен салыстырғанда  басқаша  молекулярлық  сипатқа ие болады.

Мұндай  механизмдерге  жататыны:

1. Ca²⁺ үшін өткізгіштік баяу өседі, бұл процестің нәтижесі – кальцийдің деполяризациялайтын  кіріс тогының (баяу кіретін ток) пайда болуы.
2. Деполяризация кезінде пайда болатын   K⁺ реполяризациялаушы шығыс тогын азайтушы   K⁺ үшін өткізгіштіктің  төмендеуі.

Сонымен, плато фазасында мембраналық  потенциал +30мВ-тан 0 мВ-ге дейін төмендейді. Бұл кезде каналдардың екі типі жұмыс істейді – баяу кальцийлік және калийлік каналдар. Кальцийлік каналдардың активациялау табалдырығы -30 мВ-ке,  ал өмір сүру уақыты шамамен  200 мс-ға тең болады. Кальцийлік каналдардың ашылуы нәтижесінде жасушаға деполяризациялаушы баяу кальцийлік  ток кіре бастайды.

Кальцийлік  токтың өсуімен бірге  қатар калий  иондары үшін мембрананың өткізгіштігі өседі. Ол мембрананы реполяризациялайтын ,шығатын калий тогының  пайда болуына алып келеді.Әрі қарай кмембрананың өтімділігінің азаюы  калий иондары үшін өтімділіктің өсуі жалғасуымен кальций иондары үшін үшін мембрананың өткізгіштігінің төмендеуі жүреді және келесі фаза –реполяризация фазасы басталады.Ол  кальцийлік каналдардың жабылып, калиий өткізгіштігі шамасының өсіп, K⁺   шығыс тогының күшеюімен сипатталады.

Сонымен, Кардиомиоциттердегі  каналдардың үш түрі бар болуына  негізделе  отырып қозу кездегі мембраналық ток үшін мына теңдеуді алуға болады:

Екінші және үшінші құраушылар-  Na⁺     жылдам тогының және   баяу тогының деполяризациялаушы   Na⁺     жылдам және   баяу Са²⁺ кіріс тогының құрамына кіреді. Төртінші- K⁺  реполяризациялаушы шығыс тогы.

Кальцийлік  канал үшін,сонымен бірге натриий  үшін  активтендіруші d бөлшектері және инактивтендіруші f  бөлшектері болады, олардың қалыптары кейбір ықтималды  потенциал тәуелді параметрлерімен  сипатталады. Активтендіруші d және инактивтендіруші f параметрлерінің кинетикасын жазып, сипаттау күрделі ғылми мәселе болып саналады.Бұл мәселені шешу  қазіргі уақытта тығыз зерттелу үстінде.

Кардиомиоциттің қозу процесстері арнайы әдістердің көмегімен зерттеледі. Әдістердің бірі – кальций иондарының блокаторларын (агонистерін) қолдану. Оларға келесі ерекшеленген  блокаторлар жатады: Д-600, верапамил, La³⁺, Mn²⁺ және тағы басқа металлдардың катиондары. Бұл заттар кальцийдің жасушаға  кіруіне кедергі жасайды да әрекет потенциалының шамасы мен түрін өзгертеді. Кальцийлік каналдар тетродотоксинмен бітелмейді (бұл Na⁺     факт иондарының блокаторы)  кардиомиоциттерде  калийлік және натрийлік каналдармен бірге тағы бір бөлек кальцийлік каналдардың бар екендігіне негіз бола алады).Қалыпты және патологиялық жағдайда кальций иондарының жүрек бұлшық етіндегі таралымдары  радионуклидтік диагностика әдісінің көмегімен зерттеледі. Ол үшін  арнайы Са²⁺ изотопы қолданылады да оның b-сәулеленуі сканерлермен тіркеледі.

Диастолалық деполяризация және табалдырық  потенцалы

Жүректің автоматия  қабілеттігін түсіндіру  микроэлектродтық техниканың  дамуымен және жүрек  ырғағын жүргізушілерінің баяу диастолалық  деполяризацияның зерттеуімен байланысты (сурет - 5).

Қалыпты жағдайда жүрекшелер мен қарыншалардың жасушаларының көбісі диастола кезінде тұрақты мебраналық потенциалды бір қалыпта ұстайды. Ал жүректің мамандырылған бұлшық талшықтары (синустық және атриовентрикулярлық түйіннің талшықтары, жүрекшелердің латенттік пейсмекерлері, қарыншалардың Пуркинье талшықтары), керісінше, диастола кезінде баяу өсетін деполяризацияға ұшырайды (сурет – 5 және 7). 

 

Сурет – 5. Жүрек ырғағын жүргізуші (пейсмекердің) жүректің фронталды кесіндісіндегі схемасы.

Мембраналық тыныштық және әрекет потенциалдарын алып кету  үшін микроэлектродтық техниканы қолдану ,баяу диастолалық деполяризация және жүректің әр бөлігіндегі пейсмекерлік талшықтардың әрекет потенциалының  бір бірінен бір шама ерекше айырмашылықтары болатынын табуға мүмкіндік берді. Жүрек ырғағын жүргізушінің автоматты қозулардың жиілігі баяу диастолалық деполяризацияның жылдамдығымен және реполяризация соңында жететін  трансмембраналық потенциалдың деңгейі (максималды диастолалық потенциалмен ) мен кризистік (шектік) потенциалдың шамалары арасындағы айырмашылықпен анықталады, мұнда ағын легі тәрізді регенеративті деполяризация басталады.

 

Сурет – 6. Синатриалдық түйіннің трансмембраналық әрекет потенциалы.

Фазалар: 0 — жедел деполяризация, 2 — баяу реполяризация немесе плато, 3 — сонғы жедел реполяризация, 4 — баяу диастолалық деполяризаиция; E _KР — критикалық потенциал, Е _МАКС— максималды диастолаляқ потенциал, Е_П — табалдырық потенциалы.

 

Кризистік потенциал  дегеніміз бүкіл талшыққа тарайтын әрекет потенциалы пайда болатын  мембраналық потенциалды атайды.

Табалдырық потенциалы деполяризацияның кризистік (шектік) деңгейіне жету үшін мембрананың ішкі жағының бастапқы потенциалын көбейту үшін берілетін милливольттардың санымен сипатталады. Бастапқы және кризистік потенциалдың  айырмасы үлкен болған сайын табалдырық  потенциалы  жоғары болады ,осыған сәйкес ұлпаның қозушылығы төмен болады.Жүректің әртүрлі  жасушаларындағы табалдырық  потенциал шамасы осы жасушалардағы беттік мембрана  күйін анықтайтын  зат алмасудың ерекшеліктеріне негізделген болуы керек. Максималь диастолалық және кризистік потенциалдар арасындағы айырма аз болған сайын баяу диастолалық деполяризация жылдамдығы жоғары ,спонтандық қозулар жиілігі көп болады.

 

 

Табалдырық  потенциалдың төмендеуіне сәйкес өз бетімен пайда болатын қозулардың жиілігі өседі. Бұл жиілік синустық түйіннің талшықтарында өте жоғары және қалыпты кезде адам үшін минутына 70 қозудан келеді. Атриовентрикулярлық түйін мен Пуркинье талшықтарында жүрек ырғағын жүргізушілердің автоматтық қозуларының жиілігі біршама төмен және  ол адамдарда бір минутта 40 -тан төмен және 30 -ға жуық. (Атриовентрикулярлық және идиовентрикулярлық ырғақтар).

Жүрек ырғағының  шынайы жүргізушілері  синоатриалдық  түйін болып талшықтары табылады. Олардың баяу диастолалық деполяризациясы  мембраналық потенциалды критикалық деңгейге дейін төмендетеді де спонтандық  қозудың  тууына  әкеледі.

Жүректің өткізу жүйесінің басқа талшықтары (жүрекшелердің  кейбір жасушалары, атриовентрикулярлық  түйіннің жасушалары, Пуркинье және Гисс түйіндерінің жасушалары ) жүректің  латенттік немесе потенциалдық  ырғақ  жүргізушілері  деп аталып кеткен. Себебі олардың   синустық түйіннің қызметімен қалыпты  байланысында   бұл жасушаларда әрекет потенциалы   синоатриальдық түйіннен келетін қозу нәтижесінде  пайда болады.  

Мұндай құбылыс  диастолалық деполяризацияның  жылдамдығы «латенттік»  деп аталатын  ырғақ жүргізушілерінде  синустық түйінге қарағанда баяу болатынының салдарынан жүреді. Нақты ырғақ жүргізушілермен  латентті немесе потенциалдық деп аталатын ырғақ жүргізушілерінің  негізгі электрофизиологиялық өзгешелігі  диастолалық баяу деполяризацияның жасушаның   әрекет  потенциалының  О фазасына жайлап өтуі болып табылады- нақты жүргіушілердің және диастолалық баяу деполяризацияның әрекет потенциалының О фазасына баяу өтуі- ырғақты потенциалдық жүргізушілер.     Нақты жүргізушілерде әрекет  потенциалы  баяу диастолалық реполяризация фазасы  жедел  диастолалық реполяризацияға  созылыңқы  түрде көшеді