Реполяризация - Википедия - Repolarization

Помеченная диаграмма потенциал действия. Как видно выше, реполяризация происходит сразу после пика потенциала действия, когда K+ ионы устремляются из клетки.

В нейробиология, реполяризация относится к изменению мембранный потенциал который возвращает его к отрицательному значению сразу после деполяризация фаза потенциал действия что изменило мембранный потенциал на положительное значение. Фаза реполяризации обычно возвращает мембранный потенциал обратно в мембранный потенциал покоя. Истечение калий (K+) ионы приводит к фазе падения потенциала действия. Ионы проходят через фильтр селективности из K+ канал поры.

Реполяризация обычно возникает в результате движения положительно заряженного K+ ионы из клетки. Фаза реполяризации потенциала действия первоначально приводит к гиперполяризация, достижение мембранного потенциала, называемого постгиперполяризация, что более отрицательно, чем потенциал покоя. Реполяризация обычно занимает несколько миллисекунд.[1]

Реполяризация - это стадия потенциала действия, на которой клетка испытывает снижение напряжения из-за оттока калия (K+) ионы вдоль его электрохимического градиента. Эта фаза наступает после того, как ячейка достигает максимального напряжения в результате деполяризации. После реполяризации клетка гиперполяризуется по мере достижения мембранного потенциала покоя (-70 мВ) {в нейроне -70 мВ}. Натрий (Na+) и ионы калия внутри и снаружи клетки перемещаются натриево-калиевым насосом, гарантируя, что электрохимическое равновесие остается недостигнутым, чтобы позволить клетке поддерживать состояние мембранного потенциала покоя.[2] На графике потенциала действия участок гиперполяризации выглядит как нисходящий провал, который проходит ниже линии мембранного потенциала покоя. В этой постгиперполяризации (нисходящий провал) клетка находится под более отрицательным потенциалом, чем в состоянии покоя (около -80 мВ) из-за медленной инактивации управляемых напряжением K+ каналы выпрямителя с задержкой, которые являются первичными K+ каналы, связанные с реполяризацией.[3] При таком низком напряжении все напряжение стробированное K+ каналы закрывается, и клетка возвращается в состояние покоя в течение нескольких миллисекунд. Говорят, что клетка, которая переживает реполяризацию, находится в абсолютном рефрактерном периоде. Другое напряжение стробированное K+ каналы, которые способствуют реполяризации, включают каналы А-типа и Ca2+-активированный K+ каналы.[4] Белковые транспортные молекулы ответственны за Na+ из клетки и K+ в ячейку, чтобы восстановить исходную концентрацию ионов в состоянии покоя.[5]

Отклонения от нормальной реполяризации

Блокировки реполяризации могут возникать из-за модификаций потенциалзависимого K+ каналы. Это демонстрируется выборочной блокировкой стробированного напряжения K+ каналы с антагонистом тетраэтиламмоний (ЧАЙ). Блокируя канал, реполяризация эффективно останавливается.[6] Дендротоксины являются еще одним примером селективного фармакологического блокатора потенциалзависимого K+ каналы. Отсутствие реполяризации означает, что нейрон остается под высоким напряжением, что замедляет деинактивацию натриевых каналов до точки, при которой не хватает внутреннего Na+ ток для деполяризации и поддержания стрельбы.[7]

Напряжение стробированное K+ механизмы

Структура напряжения стробированного K+ канал это шесть трансмембранные спирали вдоль липидный бислой. Селективность этого канала к напряжению обеспечивается четырьмя из этих трансмембранных доменов (S1 – S4) - доменом, чувствительным к напряжению. Два других домена (S5, S6) образуют поры, через которые проходят ионы.[8] Активация и деактивация стробированного напряжения K+ канал запускается конформационными изменениями в области измерения напряжения. В частности, домен S4 перемещается таким образом, что он активирует и деактивирует поры. Во время активации происходит движение S4 наружу, вызывая более плотное соединение пор VSD. Деактивация характеризуется движением внутрь S4.[9]

Переключение от деполяризации к реполяризации зависит от кинетических механизмов как потенциалзависимых K+ и Na+ каналы. Хотя оба напряжения Na+ и K+ каналы активируются примерно при одинаковом напряжении (−50 мВ ), Na+ каналы имеют более быструю кинетику и активируются / деактивируются намного быстрее.[10] Реполяризация происходит за счет притока Na+ уменьшается (каналы деактивируются) и отток K+ ионов увеличивается по мере открытия его каналов.[11] Пониженная проводимость ионов натрия и повышенная проводимость ионов калия приводят к тому, что мембранный потенциал клетки очень быстро возвращается к потенциалу мембраны покоя и превышает его, что вызывает гиперполяризацию из-за медленного закрытия калиевых каналов, позволяя большему количеству калия проходить через мембранный потенциал покоя был достигнут.[10]

Тип K+ каналы в реполяризации

Следуя за потенциалом действия, обычно генерируемым притоком Na+ через напряжение закрытого Na+ каналов, существует период реполяризации, в котором Na+ каналы неактивны, а K+ каналы активированы. Дальнейшее изучение K+ Каналы показывают, что существует четыре типа, которые влияют на реполяризацию клеточной мембраны, чтобы восстановить потенциал покоя. Четыре типа - Kv1, Кv2, Кv3 и Кv4. Kv1 канал в первую очередь влияет на реполяризацию аксона. Kv2 канал обычно активируется медленнее. Kv4 канала обычно активируются быстро. Когда Kv2 и Кv4 канала заблокированы, потенциал действия предсказуемо расширяется.[12] Kv3 канала открываются при более положительном мембранном потенциале и дезактивируются в 10 раз быстрее, чем другие Kv каналы. Эти свойства позволяют производить высокочастотное возбуждение, которое млекопитающие нейроны требовать. Области с плотным Kv3 канала включают неокортекс, базальный ганглий, мозговой ствол и гиппокамп поскольку эти области создают микросекундные потенциалы действия, которые требуют быстрой реполяризации.[13]

Используя данные фиксации напряжения из экспериментов на нейронах грызунов, Kv4 канала связаны с проводимостью первичной реполяризации после периода деполяризации нейрона. Когда Kv4 канал заблокирован, потенциал действия становится шире, что приводит к увеличению периода реполяризации, что не позволяет нейрону снова активироваться. Скорость реполяризации тесно регулирует количество Ca2+ ионы, попадающие в клетку. Когда в больших количествах Ca2+ ионы попадают в клетку из-за продолжительных периодов реполяризации, нейрон может погибнуть, что приведет к развитию инсульта или судорог.[12]

Kv1 каналы способствуют реполяризации пирамидные нейроны, вероятно, связано с активацией Kv4 канала. KvБыло обнаружено, что 2 канала не вносят вклад в скорость реполяризации, поскольку блокирование этих каналов не приводит к изменениям в скорости реполяризации нейронов.[12]

Реполяризация клеток предсердий

Другой тип K+ канал, который помогает опосредовать реполяризацию в человеческом предсердие это SK канал, которые являются K+ каналы, которые активируются увеличением Ca2+ концентрация. «Канал SK» обозначает активированный кальцием калиевый канал с небольшой проводимостью, и эти каналы находятся в сердце. Каналы SK специфически действуют в правом предсердии сердца, и не было обнаружено, что они являются функционально важными в желудочках сердца человека. Каналы активны во время реполяризации, а также во время фазы диастолы предсердий, когда ток претерпевает гиперполяризацию.[14] В частности, эти каналы активируются, когда Ca2+ связывается с кальмодулин (CaM), потому что N-доля CaM взаимодействует с линкером канала S4 / S5, вызывая конформационные изменения.[15] Когда эти K+ каналы активированы, K+ ионы устремляются из клетки во время пика ее потенциала действия, вызывая реполяризацию клетки за счет притока Са2+ ионы превышаются на K+ ионы, покидающие клетку непрерывно.[16]

Реполяризация желудочков

В человеческом желудочки реполяризацию можно увидеть на ЭКГ (ЭКГ ) через J-волна (Осборн), Сегмент ST, Зубец Т и Волна U. Из-за сложности сердца, в частности того, как оно содержит три слоя клеток (эндокард, миокард и эпикард ), существует множество физиологических изменений, влияющих на реполяризацию, которые также влияют на эти волны.[17] Помимо изменений в структуре сердца, которые влияют на реполяризацию, существует множество фармацевтических препаратов, которые имеют такой же эффект.

Вдобавок ко всему реполяризация также изменяется в зависимости от местоположения и продолжительности начального потенциал действия. В потенциалах действия, стимулированных на эпикарде, было обнаружено, что длительность потенциала действия должна составлять 40-60 мсек чтобы получить нормальный прямой зубец T, тогда как длительность 20-40 мсек даст изоэлектрическую волну, а все, что меньше 20 мсек, приведет к отрицательному зубцу T.[18]

Ранняя реполяризация - это явление, которое можно увидеть на записях ЭКГ клеток желудочка, где есть повышенный сегмент ST, также известный как зубец J. Зубец J является заметным, когда в эпикарде имеется больший выходящий ток по сравнению с эндокардом.[19] Исторически это считалось нормальным вариантом сердечного ритма, но недавние исследования показывают, что это связано с повышенным риском остановки сердца. Ранняя реполяризация происходит в основном у мужчин и связана с повышенным током калия, вызванным гормоном. тестостерон. Кроме того, хотя риск неизвестен, у афроамериканцев более вероятно ранняя реполяризация.[20]

Синдром ранней реполяризации

Как упоминалось в предыдущем разделе, ранняя реполяризация известна как появление на ЭКГ повышенных волновых сегментов. Недавние исследования показали связь между ранней реполяризацией и внезапной сердечная смерть, который идентифицируется как синдром ранней реполяризации. Состояние показано на обоих мерцание желудочков без других структурных дефектов сердца, а также с ранней картиной деполяризации, которую можно увидеть на ЭКГ.[21]

Первопричина синдрома ранней реполяризации связана с нарушением электропроводности ионных каналов, что может быть связано с генетическими факторами. К нарушениям синдрома относятся колебания тока натрия, калия и кальция. Изменения этих токов могут привести к перекрытию областей миокарда, одновременно испытывающих разные фазы потенциала действия, что приводит к риску фибрилляции желудочков и аритмии.[22]

После постановки диагноза большинству людей не требуется немедленное вмешательство, поскольку ранняя реполяризация на ЭКГ не указывает на наличие опасной для жизни неотложной медицинской помощи.[23] От трех до тринадцати процентов здоровых людей на ЭКГ наблюдается ранняя реполяризация.[21] Однако пациенты, у которых наблюдается ранняя реполяризация после переживания синдрома ранней реполяризации (опыт внезапной сердечной смерти), имплантируемый кардиовертер-дефибриллятор (ICD) настоятельно рекомендуется.[23] Кроме того, пациент может быть более предрасположен к фибрилляции предсердий, если у него есть синдром ранней реполяризации и ему меньше шестидесяти лет.[21]

Нарушение реполяризации сердца с синдромом обструктивного апноэ во сне

Пациенты, страдающие обструктивное апноэ во сне может наблюдаться нарушение реполяризации сердца, что значительно увеличивает заболеваемость и смертность. Пациенты гораздо более подвержены нарушениям реполяризации, особенно на больших высотах. Это может быть несколько смягчено с помощью таких лекарств, как ацетазоламид, но препараты не обеспечивают достаточной защиты. Известно, что ацетазоламид и аналогичные препараты способны улучшить оксигенацию и апноэ во сне у пациентов, находящихся на больших высотах, но преимущества препарата наблюдались только при временном путешествии на высоте, а не для людей, которые остаются на большей высоте более длительное время. время.[24]

Рекомендации

  1. ^ Хардин Дж., Бертони Г. П., Кляйнсмит Л. Дж. (Декабрь 2010 г.). Мир клетки Беккера. Издательство Бенджамин-Каммингс. п. 389. ISBN  978-0-321-71602-6.
  2. ^ Chrysafides SM, Sharma S (2019). Физиология, потенциал покоя. StatPearls. StatPearls Publishing. PMID  30855922.
  3. ^ Ленц Т.Л., Эрулкар С.Д. (2018). "Нервная система". Британская энциклопедия.
  4. ^ Purves D, Augustine GJ, Fitzpatrick D, Katz LC, LaMantia AS, McNamara JO, Williams SM, ред. (2001). Неврология (2-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Assoc. ISBN  0-87893-742-0.
  5. ^ "Потенциал действия". Britannica Academic. Британская энциклопедия, Inc.. Получено 2019-09-26.
  6. ^ Уишоу IQ, Колб Б. (2015). Основы нейропсихологии человека. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Worth.
  7. ^ Хирокава Н., Виндхорст Ю. (2008). «Блок деполяризации». Энциклопедия неврологии. С. 943–944. Дои:10.1007/978-3-540-29678-2_1453. ISBN  978-3-540-23735-8.
  8. ^ Куанг К., Пурхонен П., Хеберт Х. (октябрь 2015 г.). «Строение калиевых каналов». Клеточные и молекулярные науки о жизни. 72 (19): 3677–93. Дои:10.1007 / s00018-015-1948-5. ЧВК  4565861. PMID  26070303.
  9. ^ Дженсен МО, Джогини В., Борхани Д.В., Леффлер А.Е., Дрор РО, Шоу Д.Е. (апрель 2012 г.). «Механизм стробирования напряжения в калиевых каналах». Наука. 336 (6078): 229–33. Bibcode:2012Sci ... 336..229J. Дои:10.1126 / наука.1216533. PMID  22499946. S2CID  2340286.
  10. ^ а б Бирн Дж. Х. «Глава вторая: ионные механизмы и возможности действия». Неврология онлайн. Медицинская школа Техасского университета.
  11. ^ Стридтер Г.Ф. (2016). Нейробиология: функциональный подход. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
  12. ^ а б c Патак Д., Гуан Д., Феринг Р.К. (май 2016 г.). "Роли конкретных Kv типы каналов в реполяризации потенциала действия в генетически идентифицированных подклассах пирамидных нейронов неокортекса мыши ». Журнал нейрофизиологии. 115 (5): 2317–29. Дои:10.1152 / jn.01028.2015. ЧВК  4922457. PMID  26864770.
  13. ^ Качмарек Л.К., Чжан И (октябрь 2017 г.). "Kv3 канала: факторы, способствующие быстрой активации, выбросу нейротрансмиттеров и выносливости нейронов ». Физиологические обзоры. 97 (4): 1431–1468. Дои:10.1152 / Physrev.00002.2017. ЧВК  6151494. PMID  28904001.
  14. ^ Скибсбай Л., Пулет С., Диннес Дж. Г., Бенцен Б. Х., Юань Л., Капперт У. и др. (Июль 2014 г.). «Каналы активированного кальцием калия (SK) с малой проводимостью способствуют реполяризации потенциала действия в предсердиях человека». Сердечно-сосудистые исследования. 103 (1): 156–67. Дои:10.1093 / cvr / cvu121. PMID  24817686.
  15. ^ Ли СН, Маккиннон Р. (май 2018 г.). «Механизм активации человеческого комплекса SK-кальмодулин канал, выясненный крио-ЭМ структурами». Наука. 360 (6388): 508–513. Bibcode:2018Научный ... 360..508L. Дои:10.1126 / science.aas9466. ЧВК  6241251. PMID  29724949.
  16. ^ Гудман С. «Сердечно-сосудистые». Медицинские руководства по физиологии. Отделение физиологии Канзасского университета. Получено 2019-09-25.
  17. ^ Ян GX, Lankipalli RS, Burke JF, Musco S, Kowey PR (август 2003 г.). «Компоненты реполяризации желудочков на электрокардиограмме: клеточные основы и клиническое значение». Журнал Американского колледжа кардиологии. 42 (3): 401–9. Дои:10.1016 / s0735-1097 (03) 00713-7. PMID  12906963.
  18. ^ Хигучи Т., Накая Ю. (август 1984 г.). «Полярность зубца T, связанная с процессом реполяризации эпикардиальных и эндокардиальных поверхностей желудочков». Американский журнал сердца. 108 (2): 290–5. Дои:10.1016/0002-8703(84)90614-8. PMID  6464965.
  19. ^ Али А., Батт Н., Шейх А.С. (август 2015 г.). «Синдром ранней реполяризации: причина внезапной сердечной смерти». Всемирный журнал кардиологии. 7 (8): 466–75. Дои:10.4330 / wjc.v7.i8.466. ЧВК  4549780. PMID  26322186.
  20. ^ Закка, Патрик. «Синдром ранней реполяризации». Американский колледж кардиологии. Получено 15 октября 2019.
  21. ^ а б c Hasegawa Y, Watanabe H, Ikami Y, Otsuki S, Iijima K, Yagihara N и др. (Апрель 2019 г.). «Ранняя реполяризация и риск одиночной фибрилляции предсердий». Журнал сердечно-сосудистой электрофизиологии. 30 (4): 565–568. Дои:10.1111 / jce.13848. PMID  30661277. S2CID  58641364.
  22. ^ Равшани, доктор Араз (август 2019 г.). «Синдром ранней реполяризации и паттерна: от критериев ЭКГ к лечению». Клиническая интерпретация ЭКГ.
  23. ^ а б Бурье Ф., Денис А., Ченити Дж., Лэм А., Влахос К., Такигава М. и др. (2018). «Синдром ранней реполяризации: диагностический и терапевтический подход». Границы сердечно-сосудистой медицины. 5: 169. Дои:10.3389 / fcvm.2018.00169. ЧВК  6278243. PMID  30542653.
  24. ^ Латшанг Т.Д., Кауфманн Б., Нуссбаумер-Охснер Ю., Ульрих С., Фуриан М., Колер М. и др. (Сентябрь 2016 г.). «Пациенты с обструктивным апноэ во сне имеют нарушения реполяризации сердца при подъеме на высоту: рандомизированное плацебо-контролируемое испытание ацетазоламида». Спать. 39 (9): 1631–7. Дои:10.5665 / сон.6080. ЧВК  4989251. PMID  27306264.

внешняя ссылка