MEMBRANSKI IN AKCIJSKI POTENCIAL

Membranski potencial je napetostna razlika med notranjostjo in zunanjostjo mišičnih celic, ki jo omogočata različna razporeditev ionov med celično notranjostjo in zunanjostjo in selektivno prepustna membrana. Prepustnost membrane za K+ ione je majhna, za Na+ ione pa še 30-krat manjša, zato prehajajo skozi membrano iz celice bolj K+ ioni, pri tem pa postaja membrana celica negativno nabita. Ko je negativni potencial v notranjosti celice dovolj velik, se uhajanje K+ ionov ustavi – v tej točki sta izenačeni električna sila in sila koncentracijskega gradienta ( elektrokemični mirovni potencial za K+ ione, EK= - 91 mV). Ker je v mirovanju membrana bolj prepustna za K+ ione, ima mirovni membranski potencial mišičnih celic vrednost blizu EK. Vrednost pa je nekoliko manj negativna, ker je membrana malenkostno prepustna tudi za Na+ ione, ti pa imajo pozitiven ravnotežni potencial (ENa =72 mV). Mirovni membranski potencial miocitov je približno –85 do –95 mV. Elektrokemični mirovni potencial za posamezne ione lahko izračunamo po Nernstonovi enačbi:

EX = -61*log(cznotraj/czunaj)

Ker pa je membrana prepustna za več ionov, uporabljamo za izračun mirovnega membranskega potenciala Goldmanovo enačbo:

EM = (gK*EK + gNa*ENa + gCl*ECl)/(gK + gNa + gCl)
g….prevodnost
EM …mirovni membranski potencial
Ex ….elektrokemični mirovni potencial za ion x
c….koncentracija

Po poteku lahko v grobem akcijski potencial(AP) razdelimo na dve skupini: AP hitrega odziva (Purkinijeva vlakna, Hisov snop, ventrikel, atrij) ter AP počasnega odziva (SA in AV vozel). AP hitrega odziva sestavljajo faza 0 (odprejo se hitri Na+ kanalčki, ki so napetostno uravnavani), faza 1 (iz celice uhajajo K+ ioni), faza 2 (plato, za katerega je značilno, da Ca2+ tok v celico in K+ tok iz celice vzdržujeta membranski potencial na vrednosti 0 mV ), faza 3 ( predstavlja repolarizacijo celice ) in faza 4 (mirovni membranski potencial ). Absolutna refraktarna doba traja od faze 0 do začetka faze 3, relativna pa od začetka faze 3 do sredine faze 4. Če pride do stimulacije miocita, ko se ta nahaja v relativni refraktarni dobi, nastane AP z manjšo amplitudo in strmino depolarizacije.
Pri AP počasnega odziva se v fazi depolarizacije odpro Ca2+ kanalčki in ne Na+, zato nastopajo nižje amplitude in počasnejša rast membranskega potenciala. V fazi repolarizacije se odpro K+ kanalčki.

Počasna vlakna Hitra vlakna


PREVODNI SISTEM SRCA
V zdravem srcu nastane akcijski potencial (=AP) v glavnem pacemakerju - SINUSNEM VOZLU, ki se nahaja ob vtočišču v. cavae sup. v desni atrij. Od sinusnega vozla vodijo trije snopi proti AV VOZLU, ki se nahaja ob vtočišču sinus coronarius-a, en (Bachmannov) snop pa pelje v levi atrij. Hitrost prevajanja v sinusnem in AV vozlu je najmanjša – 0.05 m/s. Od AV vozla pelje subendokardialno proti ventrikloma HISOV SNOP, ki se razdeli na DVE GLAVNI VEJI. Ti dve veji se razdelita na več manjših vejic s Purkinijevimi vlakni (prevajajo s hitrostjo 3.0 – 3.5 m/s), ki vzdražijo ventrikla. Impulz v ventriklih se širi s hitrostjo 1.0 m/s v smeri endokard  epikard.

PREVAJANJE IMPULZA PO MEMBRANI
Po membrani se impulz prevaja:
1. VZDOLŽNO (elektrotonično) : elektrotonično prevajanje je lokalni tok ionov. Na mestu AP nastane potencialna razlika, ki povzroči lokalni tok ionov. Ob AP v celico vdrejo Na+ ioni in na tem mestu pride do presežka poz. nabitih Na+ ionov v primerjavi s sosednjo regijo. Zaradi razlike v koncentracijah Na+ depolarizirane regije in sosednje regije pride do lokalnega toka ionov iz področja z visoko koncentracijo Na+ v področja z nizko koncentracijo. Ko se sosednje regije dovolj depolarizirajo, da dosežejo prag, pride tu do nastanka novega AP, v celico znova vdre Na+, ki potuje v sosedne regije in tako naprej. Tok med celicami določajo presledkovni stiki z majhno upornostjo, zato se motnja lahko hitro prenaša iz ene celice v drugo.








2. PREKO membrane (klasični mehanizem AP), pri čemer sta oba načina medsebojno odvisna. Vzdolžni tok ionov depolarizira sosednje celice do praga, ko se odprejo napetostno odvisni kanali.
Hitrost prevajanja vzdolž celici določajo štiri determinante:
• Amplituda akcijskega potenciala določa velikost depolarizirajočega toka in s tem razdaljo, v kateri lahko depolarizirano tkivo izzove širitev akcijskega potenciala. Npr. če AP z neko določeno amplitudo povzroči vzdraženje tkiva na določeni razdalji od začetka tega vala, potem je AP, ki ima povečano amplitudo, sposoben vzdražiti tkivo v mirovanju v sorazmerno večji oddaljenosti od začetka vala, kot prejšnji. Pri AP z večjo amplitudo je torej hitrost prevajanja impulza hitrejše.
• Hitrost depolarizacije določa hitrost širjenja depolarizirajočih tokov, zato je hitrost prevajanja tem večja, čim hitrejša je depolarizacija.
• Pražna napetost določa količino toka, ki zadošča za nastanek AP v mirujočem tkivu pred začetkom vala. Tako znižanje praga omogoča nastanek AP v mirujočem tkivu, ki je bolj oddaljeno od začetka vala.
• Električni upor celice je sestavljen iz vzdolžnega (longitudinalnega) in prečnega (transverzalnega) upora, ki imata nasprotni učinek na hitrost prevajanja. Zmanjšan longitudinalni upor (ob odprtih kanalih v stičnicah) poveča vzdolžni pretok toka in s tem poveča hitrost prevajanja, medtem ko zmanjšan transverzalni upor zmanjša longitudinalni pretok elektronov, ker omogoča šant toka depolarizacije preko membrane v celico in tako upočasnjuje prevajanje vala depolarizacije.


URAVNAVANJE PREVODNOSTI
Srce za svoje delovanje ne potrebuje oživčenja. Homeostaza pa lahko preko simpatika(sy) in parasimpatika(psy) uravnava njegovo delovanje.
• Parasimpatik(vagus) ima negativni inotropni učinek in deluje preko muskarinskih receptorjev, ki povečajo prevodnost za kalij, zato je maksimalni diastolni potencial še bolj negativen in prepotencial potrebuje dalj časa, da doseže vrednost za odprtje kalcijevih kanalčkov, zmanjša se tudi stopnja depolarizacije ( zmanjša frekvenco srca).
• Simpatik in adrenalin pa povečata gCa in v nekaterih primerih zmanjšata gK.Sy ima pozitivni inotropni učinek, ima direkten učinek na miokard, saj poveča kontraktilnost. Krivulja prepotenciala je bolj strma in hitreje doseže prag za odprtje kalcijevih kanalčkov ( poveča frekvenco srca).

ARITMIJE
DEFINICIJA:Aritmija je vsakršna motnja srčnega ritma, to je vsak srčni ritem, ki se razlikuje od sinusnega ritma.
Ločimo jih glede na tip aritmije in strukturo v srcu, iz katere naj bi le-ta izhajala:
V splošnem jih delimo na tahiaritmije (tahikardije) in bradiaritmije (bradikardije). Normalna frekvenca srca je 60-100/min. Pri tahikardijah bije srce hitreje od normalnega, pri bradikardijah pa počasneje.
Nadalje jih delimo glede na mesto izvora v srcu na:
- Supraventrikularne aritmije-izvor nad ventriklom (SA vozel, atriju, AV vozlu)
- Ventrikularne aritmije-izvor v His-Purkinjejevem sistemu ali v ventriklu.
Vsak od nas je kdaj že doživel kakšno aritmijo srca, vendar so patofiziološke samo aritmije, ki so obstojne in povzročajo hemodinamske motnje.

Do obstojnih aritmij pride redkokdaj, ker ima telo več varnostnih mehanizmov, ki preprečujejo aritmije:
• DOMINANTEN PACEMAKER (običajno SA vozel, ki proži AP z največjo frekvenco)
• primerno DOLGE REFRAKTARNE DOBE prevodnega sistema in miocitov (refraktarna doba traja toliko časa, da lahko en AP iz pacemakerja povzroči le eno ekcitacijo)
• ENA POT PREVAJANJA MED ATRIJI IN VENTRIKLI (Hissov snop; atrije od ventriklov loči električno neprevodno vezivo srčnega skeleta)


FIZIOLOŠKE ARITMIJE
Sinusna tahikardija
Dosegajo frekvence nad 100 utripov/min.
So posledica delovanja avtonomnega živčevja (sy), ponavadi kot posledica stresa. Povišana srčna frekvenca je lahko tudi poledica povišane telesne temperature zaradi konformacijske spremembe kanalčkov in delovanja določenih vnetnih mediatorjev.

Sinusna bradikardija
Sem sodijo srčne frekvence pod 60 utripov/min.
Sinusna bradikardija je normalen pojav pri športnikih in otrocih zaradi večjega tonusa psy.

Respiratorna sinusna aritmija
Respitatorna sinusna aritmija je normalna pri mladih, kot posledica stimulacije sy pri vdihu, psy pri izdihu. Oba mehanizma sta odvisna od natega v pjučnih receptorjih.


MEHANIZMI NASTANKA ARITMIJ
 Povečana avtomatizacija
 Prožena aktivnost
 Reentry-kroženje potencialov (pojemajoče prevajanje, enosmerni blok)
 Dodatni mehanizmi (sumacija in inhibicija)

Povečana avtomizacija
• fiziološka (adrenalin)
• vpliv zdravil

Prožena aktivnost- Triggered depolarizacija
Gre za spontane oscilacije membranskega potenciala med in po repolarizaciji, ki jih zato delimo na zgodnjo in pozno podepolarizacija. Za obe je značilna zvišana znotrajcelična koncentracija Ca ionov, ki aktivirajo dodatne Ca kanalčke. Tok ionov lahko depolarizira membrano do praga vzdraženja in spontanih akcijskih potencialov. Te tahikardije so nagnjene k neurejenosti (niso sinusne), kar vodi v fibrilacijo srca.

Reentry-kroženje potencialov
je najpomembnejši vzrok ekstrasistol in tahiaritmij, saj je odgovoren za 90 vseh aritmij. Za njegov nastanek so potrebni: anatomska pot prevajanja, nevzdražno središče, enosmerni blok prevajanja, upočasnjeno prevajanje. Vzroki za nastanek teh pogojev pa so: so razne tkivne spremembe ( ishemija, hiperkaliemija- infarkt, dodatna pot prevajanja- WPW sindrom).

Pojemajoče (dekrementno) prevajanje
Prevajanje te vrste se pogosto pojavlja na območjih, v katerih so celice delno depolarizirane iz različnih vzrokov (inhibicija Na+ črpalke; povišanje ekstracelularne koncentracije K+, posledica je znižan Nernstov potencial za K+). Depolarizacija v mirovanju delno inaktivira Na+ in Ca2+ kanalčke, kar povzroči zmanjšanje amplitude, strmine AP in hitrosti depolarizacije ter tako zniža prevodnost.
Pojemajoče prevajanje je normalna lastnost SA in AV vozlov, za katere je značilen majhen in počasi rastoč AP, maloštevilni presledkovni stiki in majhen premer vlaken (večja upornost).
Ko impulz preide iz območja s pojemajočim prevajanjem v območje, ki je sposobno razviti normalen AP, je tam hitrost prevajanja spet normalna. Do tega prihaja na območjih, kjer so brazgotine, na ishemičnih območjih, pa tudi vedno na prehodu iz AV vozla (majhna prevodnost) v Hisov snop (normalna prevodnost). Včasih se ob pojemajočem prevajanju AP lahko zmanjša do te mere, da ne zadostuje več za vzdraženje naslednjih celic. Pride torej do bloka prevajanja. Najpogosteje se blok pojavlja v AV vozlu (AV blok) - lahko ga izzovemo z raznimi zdravili ali pa se pojavlja ob bolezni (povečano normalno pojemanje prevajanja), lahko pa je tudi popolnoma normalen fiziološki pojav pri športnikih z visokim vagalnim tonusom ob mirovanju.




Enosmerni blok
Gre za blok prevajanja impulza v eni smeri, zaradi asimetrično razporejene motnje celične funkcije, ki je lahko vzrok reentry aritmij, ki pogosto vodijo v nastanek presistole in tahikardije, pa tudi atrijske in ventrikularne fibrilacije. Bloki te vrste se pojavljajo v anatomsko ali elektrofiziološko nehomogenih območjih, kjer je »asimetrično« zmanjšana katerokoli determinanta hitrosti prevajanja s pojemajočo prevodnostjo (SA vozel, AV vozel, ishemično tkivo...).
Enostavni blok prevajanja v eni smeri predstavlja model miokardnega tkiva, ki ga stisnemo s klinom in tako povzročimo nastanek asimetrično razporejene motnje. Ob blagem pretisnjenju miokardnega tkiva pride do bloka prevajanja v retrogradni smeri, medtem ko je prevajanje v anterogradni smeri omogočeno, ampak upočasnjeno. Ob povečanem pritisku na tkivo lahko pride do popolnega bloka v obe smeri.



Graf predstavlja širjenje asimetrično razporejenega pojemajočega prevajanja zaradi blagega pritiska na tkivo. Normalno tkivo (0-2 cm in 8-10cm) je sposobno aktivirati mirujočo mišico 2 cm naprej, medtem ko je pri pretisnjenem tkivu ta sposobnost zmanjšana in se veča z zmanjševanjem pritiska na tkivo (3-8 cm). Puščice predstavljajo hitrost prevajanja na nekem območju. Anterogradno prevajanja pridobiva na hitrosti ob prehajanju v vedno bolj normalno tkivo. Tako je antegradni impulz sposoben preiti popolnoma pretisjeno območje, vendar se s tem čas prevajanja podaljša. Retrogradni impulz, ki poteka v nasprotni smeri, pa prihaja v vedno bolj pretisnjeno območje, zato je hitrost prevajanja vedno manjša, dokler ni popolnoma blokirana.

Primer nastanka reentry-a v ishemični srčni mišici:
Posledica srčnega infarkta je zvišana zunajcelična koncentracija kalija, ki je različna v območjih okrog mrtvine, saj z oddaljenostjo od središča infarkta pada. Mrtvina v središču nekroze predstavlja nevzdražno središče. V področju ishemije v okolici nekroze zvišane koncentracije kalija vpliva na vzdražnost srčne mišičnine, saj jo delno depolarizira ter povzroča asimetrično motnjo v prevajanju depolarizacije po srčni mišičnini. Prispeli akcijski potenciali med potovanjem v delno depolarizirane regije izgubljajo višino amplitudi, strmino in s tem na hitrosti prevajanja. K upočasnjenemu prevajanju prispeva tudi zaprtje koneksonov oz. zvišanje longitudinalne upornosti, zaradi ishemije. Hitrost se zmanjšuje vse dokler ne dobimo bloka prevajanja, ki je enosmeren, če lahko impulzi z druge strani preidejo to motnjo. Če potujejo dovolj dolgo, da je prej vzdražno področje izven refraktarne dobe, lahko ponovno vstopijo v ta območja in pride do kroženja impulzov (čas refraktarne dobe> s/v po drugi poti).





Dodatni mehanizmi
-sumacija:
Sumacija je pojav, do katerega pride v počasi prevajajočih snopih srčne mišičnine. Dva impulza, ki pripotujeta po različnih poteh, se v oslabljenem snopu tkiva srečata in skupaj tvorita močnejši impulz, ki je dovolj močan, da lahko nadaljuje pot po poškodovanem tkivu (posamezen impulz bi izzvenel).

-inhibicija:
Ihibicija pa nastopi, ko se močnejši val depolarizacije iz ene strani razcepišča širi v odvodno vejo, medtem ko šibkejši iz nasprotne zamre, saj ne doseže praga depolarizacije. Če šibkejši vstopi v regijo pred močnejšim, le-ta povzroči refraktarnost regije, zato močnejši zamre in v odvodni veji prevajanja ne pride do AP.







PRIMERI NEKATERIH POGOSTEJŠIH ARITMIJ

PREZGODNJI UTRIPI / EKSTRASISTOLA / PRESISTOLA
Gre za prezgodnji depolarizacijski val, ki ne izvira iz sinusnega vozla, temveč iz ektopičnih mest kjerkoli v miokardu in se širi po prevodni, lahko pa tudi po delavni mišičnini. Del miokarda se depolarizira in ker je okolica že izven refraktarne dobe, lahko to sproži razširjenje depolarizacijskega vala po miokardu. Gre za reentry mehanizem. To je najpogostejša motnja ritma in se pojavlja tudi pri zdravem srcu.
Med vzroke za nastanek sodijo: neuravnovešena veg. živčna vzdražnost, nezdrave razvade (verižno kajenje, alkohol, prava kava), ki dražijo AV vozel in Purkinijeva vlakna, bolezni (srčni infarkt, degenerativne in vnetne srčne bolezni), hipertiroidizem, zasičenost organizma z digitalisom. Ekstrasistole lahko izzovejo druge resnejše motnje ritma.

Glede na mesto izvora jih delimo:
a) atrijske ali nadprekatne
b) ventrikularne ekstrasistole.


AV nodal reentry - nodalna tahikardija
Normalno prevajanje električnih impulzov iz atrija v ventrikel je pri nekaterih bolnikih moteno zaradi obstoja vzdolžne predeljenosti AV vozla na dve neodvisni poti. Prevajanje po teh dveh poteh lahko poteka različno hitro, saj lahko imata poti različno dolgo refraktarnost in s tem akcijski potencial. Tako ena pot hitro prevaja in ima dolgo refraktarno dobo, druga pa je počasna. Tahikardijo sproži atrijska ekstrasistola, ki pošlje val depolarizacije do AV vozla v času, ko je hitra pot še refraktarna, počasna pot pa ekscitabilna zaradi krajše refraktarne dobe. To omogoči prevajanje impulza iz atrija v ventrikel po počasni poti in retrogradni tok impulza v atrij po hitri poti, saj je ob prihodu impulza v ventrikel hitra pot že repolarizirana. Impulz kroži med atrijem in ventriklom in vztrajanje recipročnega ritma omogoča tahikardijo.
Bolnik si lahko ob napadu pomaga z vagalnim manevrom (masaža karotidnega sinusa- v višini tiroidnega hrustanca, omočitev obraza z mrzlo vodo, manever po Valsavi). S tem se aktivira psy in posledično zmanjša frekvenca bitja srca.
Komplikacije: palpitacije, sinkopa, srčne okvare, hipotenzija.


Dodatne anatomske povezave Wolff-Parkinson-White sindrom
Redko pa obstaja med atrijem in ventriklom dodatna prevodna pot, ki za razliko od počasne prevodne poti preko Ca2+ kanalov v AV snopu, prevaja hitreje preko Na+ kanalov. Akcesorna pot se namreč izogne zamudi, ki nastane pri prevajanju skozi AV vozel. Je del atrijskega miokarda, ki prečka centralno fibrozno telo in s tem tvori električni stik za prenos impulza. Posledično normalni impulzi prej prispejo v ventrikel kot po običajni poti in pride do preekscitacije ventriklov oz. do Wolff-Parkinson-White sindroma. To se na EKG odraža kot skrajšan P-R interval ( hitrejša depolarizacija ventrikla ), razširjen kompleks QRS=δ valovi ( posledica preekscitacije ).
Če pride do atrijske ekstrasistole se impulz prevaja iz atrija v ventrikel po počasnejši poti preko AV vozla in retrogradno v atrij po hitrejši akcesorni poti, kar omogoči kroženje vzburjenja in nastanek paroksizmalne tahikardije. Za paroksizmalno tahikardijo je značilno, da nastopa v epizodah, ima nenaden začetek in tudi konec.
Prisotnost atrijske fibrilacije pri bolnikih s tem sindromom je nevarna za nastanek ventrikularne fibrilacije, ker se pri krajši refraktarni dobi akcesorne poti prevaja fibrilacija iz atrija v ventrikel z višjo frekvenco. Zaradi nevarnosti nenadne srčne smrti so nekateri bolniki s hitro prevodnostjo preko akcesorne poti kandidati za kirurški poseg, pri katerem s katetrom zažgejo akcesorno AV prevodno pot.
Simptomi WPW sindroma: palpitacije, vrtoglavica, glavobol, slabost, bolečine v prsih.
Komplikacije: srčni zastoj, hipotenzija, atrijska fibrilacija, srčne okvare, stranski učinki zdravil, komplikacije kirurških posegov.

Druge oblike motnje ritma:
• atrijska tahikardija
• atrijsko migetanje (fibrilacija)
• plahutanje atrijev (ondulacija)
• ventrikularna tahikardija
• ventrikularna fibrilacija

Pri ventrikularni tahikardiji gre za ritmično krčenje z visoko frekvenco. Pri ventrikularni fibrilaciji pa gre za neritmično krčenje-migetanje z visoko frekvenco, ki povsem onemogoča črpanje krvi, zato je ventrikularna fibrilacija smrtna.

Aritmije povzročene z digitalisom
Digitalis so zdravila, ki zvečajo kontraktilnost srca z inhibicijo Na+/K+ ATP-aze → manjši gradient Na+ preko citoplazemske membrane → zmanjšana učinkovitost 3Na+/Ca2+ izmenjevalca → manjše izločanje Ca2+ iz celice. Zaradi posledično večje koncentracije Ca2+ v citosolu lahko pride do spontane depolarizacije in nastanka aritmije.