A szívizom akciós potenciálja, és az aztmeghatározó ioncsatornák

Dr. Jost Norbert

SZTE, ÁOKFarmakológiai és Farmakoterápiai Intézet

Conduction velocityin m/s

Time to arrive from AV to the respective place (ms)

Az ingerület vezetése a szívben

Bovine Purkinje fibres system marked with ink

Na-csatorna / Na-áram extracelluláris térből

Ca-csatorna / Ca-áram intracelluláris térbe

DEPOLARIZÁL

K-csatornák / K-áramok intracelluláris térből

extracelluláris térbe

REPOLARIZÁL

INGERELHETŐSÉG

Trigger stimulus „Tipus” válasz„Akciós potenciál”

Feszültség küszöbÖngeneráló mechanizmus

A nyugalmi diasztólés membrán potenciál helyreállítása

Az akciós potenciál

Az EKG és az akciós potenciál I.

Az EKG és az akciós potenciál II.

ERP = Effektív Refrakter PeriodusAz a legrövidebb időtartam, amely ahhoz szükséges, hogy a szívizom újra ingerelhető legyen

Mitől függ?1. A szívizomsejtek repolarizációjától (K-csatornák)2. A depolarizációért felelős áramok aktuális nagyságától (Na- ill. Ca -csatornák)

REFRAKTERITÁS

Multi-cellular Organization

= Rés-kapcsolatok”Gap Junction Channel”

(alacsony ellenállás)

Functionalis szinticium) =A szívizomzat azon képessége, hogy egyként kontraháljon

1. Depolarizáció maximális sebessége (Vmax)- gyors nátriumáramtól függ

2. Az akciós potenciál amplitúdója- gyors nátriumáramtól függ

3. Küszöbpotenciál értéke- nátriumcsatornák állapotától függ

4. A sejtek belső ellenállása illetve a sejtek közötti ellenállása (ri)- főként az ún. „gap junction” -tól függ

Milyen gyorsan dől a dominó

Milyen magas a dominó

Mennyi energia kell a dominó eldöntéséhez(pl. milyen éles a sarka)

Milyen a közeg ellenállása amelyben a dominó dől(pl. víz, levegő, vákuum)

INGERÜLETVEZETÉSIngerületvezetés iránya

Nátriumcsatornák (pitvar, kamra) vagy kalciumcsatornák (szinusz és AV-csomó)működéstől függ

Akciós potenciál és ionáramok pitvarban és kamrábanPitvar Kamra

Ionáram Csatorna fehérje Ionáram

Nem expresszálódik

Nem expresszálódik

Akciós potenciál és ionáramok szinusz csomóban és Purkinje rostban

Diastolésdepolarizáció

Species eltérések akciós potenciál és ERP időtartamban

Akciós potenciál és ionáramok szinusz csomóban

Diastolésdepolarizáció

A pacemaker áram (If)

Akciós potenciál és Na ionáram pitvarban és kamrábanPitvar Kamra

Ionáram Csatorna fehérje Ionáram

Nem expresszálódik

Nem expresszálódik

A gyors nátrium áram és csatorna (INa)

Wu et al, Heart Rhythm, 2008, 5(12):1726-34

m

h

++Na Na

outside

Nyugalmi állapot

inside -

m

h

++Na Na

outside

Aktív

inside -

m

+

+

Na

Na

outside

Inaktív

inside +

h

Aktivációs kinetika Inaktivációs kinetika

Re-aktivációs kinetika

100 ms

50 m

V

aktiváció

inaktiváció

INa

Nátrium csatorna gátlás (INa)

Na-csatorna szerkezeteTTX kötőhelyek

Na-csatorna térbeli szerkezete

A késői nátrium csatorna (INaL)

Wu et al, Heart Rhythm, 2008, 5(12):1726-34

100 ms

50 m

V

INaL

Akciós potenciál és az L tipusú Ca ionáram (ICaL) pitvarban és kamrában

Pitvar Kamra

Ionáram Csatorna fehérje Ionáram

Nem expresszálódik

Nem expresszálódik

L tipusú kalcium áram (ICa)

Varro et al, Br. J. Pharmacol, (2001) 133, 625 – 634.

m

h

++Ca Ca

outside

Nyugalmi állapot

inside -

m

h

++Ca Ca

outside

Aktív

inside -

m

+

+

Ca

Ca

outside

Inaktív

inside +

h

Aktivációs kinetika Inaktivációs kinetika

Re-aktivációs kinetika

100 ms

50 m

V

ICaL

S4 – feszültség szensor Loop S5-S6 – ion konductancia és szelektivitás

Intracelluláris -alegység

2 alegység komplex

Ca-csatorna szerkezete

Akciós potenciál és ionáramok pitvarban és kamrábanPitvar Kamra

Ionáram Csatorna fehérje Ionáram

Nem expresszálódik

Nem expresszálódik

Tranziens kifelé haladó „outward” káliumáram (Ito)

Virag et al, unpublished

100 ms

50 m

V

„Notch”

Ito szelektív gátlásának hatása az akciós potenciálra

Virag et al, unpublished

A „notch” eltűnik

Akciós potenciál és a késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponense pitvarban és kamrában

Pitvar Kamra

Ionáram Csatorna fehérje Ionáram

Nem expresszálódik

Nem expresszálódik

25 p

A

500 ms

2500ms

100

pA

-40 mV

30 mV5000 ms

2500 ms

50 p

A

-40 mV

30 mV1000 ms

A késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponense (IKr and IKs)

200 ms

Difference current

50 p

A

0 pA

E-4031 sensitive (IKr)

L-735,821 sensitive (IKs)

250 ms-80 mV

-40 mV

+30 mV

Kontroll100 nM L-735,821

Kontroll1 µM E-4031

200 ms50 m

VVarro et al, J.Physiol. 2000; 523.1: 67-81

A késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponense (IKr and IKs)

Pitvar Kamra

Ionáram Csatorna fehérje Ionáram

Nem expresszálódik

Nem expresszálódik

Akciós potenciál és a befelé egyenirányító káliumáram pitvarban és kamrában

A befelé egyenirányító káliumáram (IK1

Biliczki et al, Br. J. Pharmacol, 2002,137(3):361-368.

Kontroll 10 M BaCl2

-120 mV

-90 mV

60 mV

36 s

1000 pA

-120 -80 -40 0 40 (mV)

0 pA

0 mV

50 m

V

200 mscycle length = 1000 ms

---

Control

10 M BaCl2

A négy repolarizáló káliumáram az akciós potenciál alatt - összefoglalás

Pitvar Kamra

Ionáram Csatorna fehérje Ionáram

Nem expresszálódik

Nem expresszálódik

Pitvaszelektív áramok – az ultragyors késői egyenirányító káliumáram (IKur)

?

Gao et al, Br. J. Pharmacol, 2005; 144, 595-604

Pitvaszelektív áramok – az ultragyors késői egyenirányító káliumáram (IKur)

Wang et al. Circ. Res. 1993, 73: 1061 Wettwer et al. Circulation 2004;110:2299-2306

IKur szelektív gátlásának hatása az akciós potenciálra

Dobrev et al. Circulation 2005;112:3697-3706

Az IK,ACh gátlása lehetséges kezelési mód a krónikus PF esetében ?!?

Pitvaszelektív áramok – az acetilkolin függő káliumáram (IK,Ach

Egyéb ligandfüggő áram az ATP szenzitív káliumáram (IKATP)

Szarkolemmális klorid csatornákPKA és PKC aktiválta Cl- csatornák (ICl.PKA és ICl.PKC)

Sejt térfogat szabályozta Cl - csatornák (ICl.vol)

Egyéb Cl - csatornák (Ca2+ aktiválta, Ito2), purinerg receptorok

(ICl,ATP), stb.)

ECl normál fiziológiás körülmények között -65 és -45 mVközött van

Ennél fogva a transzmembrán Cl- csatornáknak megvan az az egyedi tulajdonságuk, hogy inward és outwardáramként is hozzájáruljanak a szív AP kialakításához.

PK aktiválta Cl- csatornák (ICl.PK)

! A pitvari sejtek kb. 21 % -ában vanJames et al, Circ Res, 79, 201-207, 1996

Levesque et al, Pflug Archiv, 424, 54-62, 1993

PK aktiválta Cl- csatornák (ICl.PK)

Molekuláris háttér, szövet és species sajátosságok (ICl.PK)

Kódoló gén: (CFTR)

(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)

Jelen van:

-Felnőtt kamrai de nem pitvari (?) és szinuszcsomó sejtekben (tengerimalac, nyúl, macska és humán (?)

Hume et al, Physiol Rev, 80, 31-81, 2000

Sejt térfogat szabályozta Cl - csatornák (ICl.vol)

A térfogat által vezérelt anion csatornák minden szívrégióban jelen vannak, és fontos szerepet játszanak a sejt térfogat szabályozásban.

A sejt térfogatban történő megnövekedés egy kifelé rektifikáló klorid csatornát aktivál, amely a pozitív membrán potenciál értékeknél inaktiválódik

A klorid csatorna kísérletes méréséhez hipotóniás oldatok segítségével indukálunk sejttérfogat növekedést

Az áram SIDS és 9-AC szenzitív

Aktív háttéráramként működik

Sorota, Circ res, 70, 679-687, 1992

Sejt térfogat szabályozta Cl - csatornák (ICl.vol)

Főbb anion csatornák és transzporterek

Hume et al, Physiol Rev, 80, 31-81, 2000

-Receptors and KV Channels

Gs

Adenylate cyclase

+

IKS Channel(KCNQ1+KCNE1)

Out

In

ATP cAMP

PKA+

agonist K+

K+ permeabilitás

-Receptors and Ca2+ Channels

Gs

Adenylate cyclase

+

L-type Ca2+

ChannelCa2+

Out

In

ATP cAMPPKA+

+

agonist

-Receptors and Pacemaker Channels

Gs

Adenylate cyclase

+

Pacemaker Channel(HCN4)

Out

In

ATP cAMP

agonist

Na

cAMP

-Receptor

Muscarinic Receptors and Pacemaker Channels

ACh

M2Gi

Adenylate cyclase

Pacemaker Channel(HCN4)

Out

In

ATP cAMP

cAMP

-

Na

A szív ionáramainak molekuláris szerkezete

Time (ms)

V(m

V)

0 100 200 300 400-100

-50

0

50 epiepi 80% Ito1 blockendoendo 80% Ito1 block

A szív ionáramainak számítógépes modellezése

Epi

Endo

Control human and dog APs

BCL = 1000 ms

Human model is based on the dog model by scaling:factor_IK1 = 0.3779; %0.65 pA/pF vs 1.72pA/pFfactor_Ito = 0.9*0.77; % dog: 0.9 x normal HR modelfactor_ICaL = 1.3;factor_IKr = 1;factor_IKs = 0.22; % dog = 4.5 x human

humandog

0 mV

IK1 block (0.3xgK1)humán kutya

IKr block (0.25xgKr)humán kutya

IKs block (0.5 x gKs)humán kutya

IKr + IKshumán kutya

IKr + IK1humán kutya

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET !