A szívizom akciós potenciálja, és az azt meghatározó ioncsatornák Dr. Jost Norbert SZTE, ÁOK Farmakológiai és Farmakoterápiai Intézet
Az ingerület vezetése a szívben
Conduction velocity in m/s
Time to arrive from AV to the respective place (ms)
Bovine Purkinje fibres system marked with ink
Az akciós potenciál INGERELHETŐSÉG
Trigger stimulus
„Tipus” válasz
„Akciós potenciál”
Feszültség küszöb Öngeneráló mechanizmus
DEPOLARIZÁL Na-csatorna / Na-áram
extracelluláris térből
Ca-csatorna / Ca-áram
intracelluláris térbe
REPOLARIZÁL K-csatornák / K-áramok
intracelluláris térből extracelluláris térbe
A nyugalmi diasztólés membrán potenciál helyreállítása
Az EKG és az akciós potenciál I.
Az EKG és az akciós potenciál II.
REFRAKTERITÁS ERP = Effektív Refrakter Periodus Az 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)
Multi-cellular Organization Functionalis szinticium) = A szívizomzat azon képessége, hogy egyként kontraháljon
= Rés-kapcsolatok ”Gap Junction Channel” (alacsony ellenállás)
INGERÜLETVEZETÉS Ingerületvezetés iránya
1. Depolarizáció maximális sebessége (Vmax) - gyors nátriumáramtól függ
Milyen gyorsan dől a dominó
2. Az akciós potenciál amplitúdója - gyors nátriumáramtól függ
Milyen magas a dominó
3. Küszöbpotenciál értéke - nátriumcsatornák állapotától függ
Mennyi energia kell a dominó eldöntéséhez (pl. milyen éles a sarka)
4. A sejtek belső ellenállása illetve a sejtek közötti ellenállása (ri) - főként az ún. „gap junction” -tól függ
Milyen a közeg ellenállása amelyben a dominó dől (pl. víz, levegő, vákuum)
Nátriumcsatornák (pitvar, kamra) vagy kalciumcsatornák (szinusz és AV-csomó) működéstől függ
Akciós potenciál és ionáramok pitvarban és kamrában Kamra
Pitvar
Ionáram
Csatorna fehérje
Ionáram
Nem expresszálódik
Nem expresszálódik
Akciós potenciál és ionáramok szinusz csomóban és Purkinje rostban
Diastolés depolarizáció
Species eltérések akciós potenciál és ERP időtartamban
Akciós potenciál és ionáramok szinusz csomóban
Diastolés depolarizáció
A pacemaker áram (If)
Akciós potenciál és Na ionáram pitvarban és kamrában Kamra
Pitvar
Ionáram
Csatorna fehérje
Ionáram
Nem expresszálódik
Nem expresszálódik
A gyors nátrium áram és csatorna (INa)
50 mV
Wu et al, Heart Rhythm, 2008, 5(12):1726-34
INa
100 ms
aktiváció inaktiváció
Aktivációs kinetika
Nyugalmi állapot Na + Na
Inaktivációs kinetika
Aktív Na
+ Na
+
+
outside
outside
m
inside
-
h
Re-aktivációs kinetika
inside
Na
+
h
h
m
-
+ Na outside
m inside
Inaktív
+
Nátrium csatorna gátlás (INa)
Na-csatorna szerkezete
TTX kötőhelyek
Na-csatorna térbeli szerkezete
A késői nátrium csatorna (INaL)
50 mV
INaL
100 ms
Wu et al, Heart Rhythm, 2008, 5(12):1726-34
Akciós potenciál és az L tipusú Ca ionáram (ICaL) pitvarban és kamrában Kamra
Pitvar
Ionáram
Csatorna fehérje
Ionáram
Nem expresszálódik
Nem expresszálódik
L tipusú kalcium áram (ICa)
50 mV
ICaL
Varro et al, Br. J. Pharmacol, (2001) 133, 625 – 634.
100 ms
Aktivációs kinetika
Nyugalmi állapot + Ca Ca
+
outside
Inaktivációs kinetika
Aktív Ca outside
h
Re-aktivációs kinetika
m
-
inside
Ca
+
h
h
inside
+ Ca
outside
m
-
+ Ca
+
m inside
Inaktív
+
Ca-csatorna szerkezete S4 – feszültség szensor
Loop S5-S6 – ion konductancia és szelektivitás
2 alegység komplex
Intracelluláris -alegység
Akciós potenciál és ionáramok pitvarban és kamrában Kamra
Pitvar
Ionáram
Csatorna fehérje
Ionáram
Nem expresszálódik
Nem expresszálódik
Tranziens kifelé haladó „outward” káliumáram (Ito)
50 mV
Virag et al, unpublished
100 ms
„Notch”
Ito szelektív gátlásának hatása az akciós potenciálra
A „notch” eltűnik
Virag et al, unpublished
Akciós potenciál és a késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponense pitvarban és kamrában Kamra
Pitvar
Ionáram
Csatorna fehérje
Ionáram
Nem expresszálódik
Nem expresszálódik
A késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponense (IKr and IKs) 1000 ms
5000 ms 30 mV
-40 mV
-40 mV
100 pA
50 pA
30 mV
2500ms
25 pA
2500 ms
500 ms
A késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponense (IKr and IKs) Kontroll 1 µM E-4031
+30 mV
-40 mV -80 mV
250 ms Difference current
50 pA
E-4031 sensitive (IKr)
Kontroll 100 nM L-735,821
0 pA L-735,821 sensitive (IKs)
50 mV
200 ms
Varro et al, J.Physiol. 2000; 523.1: 67-81
200 ms
Akciós potenciál és a befelé egyenirányító káliumáram pitvarban és kamrában Kamra
Pitvar
Ionáram
Csatorna fehérje
Ionáram
Nem expresszálódik
Nem expresszálódik
A befelé egyenirányító káliumáram (IK1
10 M BaCl2
Kontroll
0 mV Control
0 pA 60 mV -90 mV
36 s
-
50 mV
1000 pA
10 M BaCl2
-120 mV cycle length = 1000 ms
-120
-80
-40
0
40 (mV)
200 ms
Biliczki et al, Br. J. Pharmacol, 2002,137(3):361-368.
A négy repolarizáló káliumáram az akciós potenciál alatt - összefoglalás
Pitvaszelektív áramok – az ultragyors késői egyenirányító káliumáram (IKur) Kamra
Pitvar
?
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
IKur szelektív gátlásának hatása az akciós potenciálra
Wang et al. Circ. Res. 1993, 73: 1061
Wettwer et al. Circulation 2004;110:2299-2306
Pitvaszelektív áramok – az acetilkolin függő káliumáram (IK,Ach
Dobrev et al. Circulation 2005;112:3697-3706
Az IK,ACh gátlása lehetséges kezelési mód a krónikus PF esetében ?!?
Egyéb ligandfüggő áram az ATP szenzitív káliumáram (IKATP)
Szarkolemmális klorid csatornák PKA 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 mV között van Ennél fogva a transzmembrán Cl- csatornáknak megvan az az egyedi tulajdonságuk, hogy inward és outward áramként is hozzájáruljanak a szív AP kialakításához.
PK aktiválta Cl- csatornák (ICl.PK)
! A pitvari sejtek kb. 21 % -ában van James et al, Circ Res, 79, 201-207, 1996
PK aktiválta Cl- csatornák (ICl.PK)
Levesque et al, Pflug Archiv, 424, 54-62, 1993
Molekuláris háttér, szövet és species sajátosságok (ICl.PK) Kódoló gén: (CFTR) (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)
Hume et al, Physiol Rev, 80, 31-81, 2000
Jelen van: -Felnőtt kamrai de nem pitvari (?) és szinuszcsomó sejtekben (tengerimalac, nyúl, macska és humán (?)
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
Sejt térfogat szabályozta Cl - csatornák (ICl.vol)
Sorota, Circ res, 70, 679-687, 1992
Főbb anion csatornák és transzporterek
Hume et al, Physiol Rev, 80, 31-81, 2000
-Receptors and KV Channels K+ permeabilitás agonist
K+
Adenylate cyclase
Out Gs
PKA
+
ATP
In
+ cAMP
IKS Channel (KCNQ1+KCNE1)
-Receptors and Ca2+ Channels agonist
Adenylate cyclase Out Gs
+
+ +
ATP
cAMP
PKA
In Ca2+
L-type Ca2+ Channel
-Receptors and Pacemaker Channels agonist
Adenylate cyclase Out Gs
+
In
cAMP
-Receptor
Na
ATP
cAMP
Pacemaker Channel (HCN4)
Muscarinic Receptors and Pacemaker Channels
ACh
Adenylate cyclase Out
M2 Gi
In
cAMP
Na
ATP
cAMP
Pacemaker Channel (HCN4)
A szív ionáramainak molekuláris szerkezete
A szív ionáramainak számítógépes modellezése
V (mV)
50
epi epi 8 0 % I to1 block endo endo 8 0 % I to1 block
Endo
0
-50 Epi
-100 0
100
200
T im e (m s)
300
400
Control human and dog APs human dog 0 mV
Human model is based on the dog model by scaling: factor_IK1 = 0.3779; %0.65 pA/pF vs 1.72pA/pF factor_Ito = 0.9*0.77; % dog: 0.9 x normal HR model factor_ICaL = 1.3; factor_IKr = 1; factor_IKs = 0.22; % dog = 4.5 x human
BCL = 1000 ms
humán
IK1 block (0.3xgK1)
kutya
IKr block (0.25xgKr) humán
kutya
humán
IKs block (0.5 x gKs)
kutya
humán
kutya IKr + IKs
humán
IKr + IK1
kutya
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET !
