transmiterea unui potențial de acțiune cardiacă prin sistemul de conducere al inimii

nu se știe foarte bine cum se mișcă semnalul electric în atrii. Se pare că se mișcă într-un mod radial, dar mănunchiul lui Bachmann și mușchiul sinusului coronarian joacă un rol în conducerea dintre cele două atrii, care au o sistolă aproape simultană. În timp ce se află în ventricule, semnalul este transportat de țesut specializat numit fibre Purkinje care apoi transmit sarcina electrică către miocard.

dacă celulele inimii embrionare sunt separate într-un vas Petri și menținute în viață, fiecare este capabilă să genereze propriul impuls electric urmat de contracție. Când două celule musculare cardiace embrionare care bat independent sunt plasate împreună, celula cu rata inerentă mai mare stabilește ritmul, iar impulsul se răspândește de la celula mai rapidă la cea mai lentă pentru a declanșa o contracție. Pe măsură ce mai multe celule sunt unite, cea mai rapidă celulă continuă să-și asume controlul ratei. O inimă adultă complet dezvoltată menține capacitatea de a-și genera propriul impuls electric, declanșat de cele mai rapide celule, ca parte a sistemului de conducere cardiacă. Componentele sistemului de conducere cardiacă includ sincitiul atrial și ventricular, nodul sinoatrial, nodul atrioventricular, mănunchiul lui (mănunchiul atrioventricular), ramurile mănunchiului și celulele Purkinje.

Sinoatrial (SA) nodeEdit

sistemul de conducere schematică a inimii

ritmul sinusal Normal este stabilit de nodul sinoatrial (sa), stimulatorul cardiac al inimii. Nodul SA este o grupare specializată de cardiomiocite în pereții superiori și din spate ai atriului drept foarte aproape de deschiderea venei cava superioare. Nodul SA are cea mai mare rată de depolarizare.

acest impuls se răspândește de la inițierea sa în nodul SA de-a lungul atriilor prin căi internodale specializate, la celulele contractile miocardice atriale și la nodul atrioventricular. Căile internodale constau din trei benzi (anterioare, medii și posterioare) care conduc direct de la nodul SA la următorul nod din sistemul de conducere, nodul atrioventricular. Impulsul durează aproximativ 50 ms (milisecunde) pentru a călători între aceste două noduri. Importanța relativă a acestei căi a fost dezbătută, deoarece impulsul ar ajunge la nodul atrioventricular urmând pur și simplu calea celulă cu celulă prin celulele contractile ale miocardului din atrii. În plus, există o cale specializată numită pachetul lui Bachmann sau banda interatrială care conduce impulsul direct de la atriul drept la atriul stâng. Indiferent de cale, deoarece impulsul ajunge la septul atrioventricular, țesutul conjunctiv al scheletului cardiac împiedică răspândirea impulsului în celulele miocardice din ventricule, cu excepția nodului atrioventricular. Evenimentul electric, valul de depolarizare, este declanșatorul contracției musculare. Valul de depolarizare începe în atriul drept, iar impulsul se răspândește pe porțiunile superioare ale ambelor atrii și apoi în jos prin celulele contractile. Celulele contractile încep apoi contracția de la porțiunile superioare la cele inferioare ale atriilor, pompând eficient sângele în ventricule.

nodul Atrioventricular (AV)

nodul atrioventricular (AV) este un al doilea grup de celule conductoare miocardice specializate, situate în porțiunea inferioară a atriului drept în septul atrioventricular. Septul împiedică impulsul să se răspândească direct în ventricule fără a trece prin nodul AV. Există o pauză critică înainte ca nodul AV să depolarizeze și să transmită impulsul către pachetul atrioventricular. Această întârziere în transmisie este parțial atribuită diametrului mic al celulelor nodului, care încetinesc impulsul. De asemenea, conducerea între celulele nodale este mai puțin eficientă decât între celulele conducătoare. Acești factori înseamnă că este nevoie de impulsul de aproximativ 100 ms pentru a trece prin nod. Această pauză este esențială pentru funcția inimii, deoarece permite cardiomiocitelor atriale să-și finalizeze contracția care pompează sângele în ventricule înainte ca impulsul să fie transmis celulelor ventriculului în sine. Cu stimulare extremă de către nodul SA, nodul AV poate transmite impulsuri maxim la 220 pe minut. Aceasta stabilește frecvența cardiacă maximă tipică la un tânăr sănătos. Inimile deteriorate sau cele stimulate de medicamente se pot contracta la rate mai mari, dar la aceste rate, inima nu mai poate pompa eficient sângele.

mănunchiul lui, ramurile mănunchiului și fibrele Purkinje

care decurg din nodul AV, mănunchiul lui, trece prin septul interventricular înainte de a se împărți în două ramuri ale mănunchiului, denumite în mod obișnuit ramurile mănunchiului stâng și drept. Ramura stângă a mănunchiului are două fascicule. Ramura mănunchiului stâng alimentează ventriculul stâng, iar mănunchiul drept ramifică ventriculul drept. Deoarece ventriculul stâng este mult mai mare decât dreapta, ramura mănunchiului stâng este, de asemenea, considerabil mai mare decât dreapta. Porțiuni din ramura dreaptă a mănunchiului se găsesc în banda moderatorului și furnizează mușchii papilari drepți. Datorită acestei conexiuni, fiecare mușchi papilar primește impulsul aproximativ în același timp, astfel încât acestea încep să se contracte simultan chiar înainte de restul celulelor contractile miocardice ale ventriculilor. Se crede că acest lucru permite dezvoltarea tensiunii pe cordae tendineae înainte de contracția ventriculului drept. Nu există o bandă de moderator corespunzătoare în stânga. Ambele ramuri de pachet coboară și ajung la vârful inimii unde se conectează cu fibrele Purkinje. Acest pasaj durează aproximativ 25 ms.

fibrele Purkinje sunt fibre conductive miocardice suplimentare care răspândesc impulsul către celulele contractile miocardice din ventricule. Acestea se extind de-a lungul miocardului de la vârful inimii spre septul atrioventricular și baza inimii. Fibrele Purkinje au o rată de conducere inerentă rapidă, iar impulsul electric ajunge la toate celulele musculare ventriculare în aproximativ 75 ms. Deoarece stimulul electric începe la vârf, contracția începe și la vârf și se deplasează spre baza inimii, similar cu stoarcerea unui tub de pastă de dinți din partea de jos. Acest lucru permite pomparea sângelui din ventricule și în aorta și trunchiul pulmonar. Timpul total scurs de la inițierea impulsului în nodul SA până la depolarizarea ventriculilor este de aproximativ 225 ms.

potențialele membranei și mișcarea ionilor în celulele conductoare cardiaceedit

potențialele de acțiune sunt considerabil diferite între cardiomiocitele conductive și cele contractive. În timp ce ionii de sodiu Na+ și potasiu K+ joacă roluri esențiale, ionii de calciu Ca2+ sunt, de asemenea, critici pentru ambele tipuri de celule. Spre deosebire de mușchii scheletici și neuronii, celulele conductoare cardiace nu au un potențial stabil de odihnă. Celulele conductoare conțin o serie de canale ionice de sodiu care permit un aflux normal și lent de ioni de sodiu care determină creșterea lentă a potențialului membranei de la o valoare inițială de -60 MV până la aproximativ -40 MV. Mișcarea rezultată a ionilor de sodiu creează depolarizare spontană (sau depolarizare prepotențială).

în acest moment, canalele de calciu se deschid și Ca2+ intră în celulă, depolarizând-o în continuare într-un ritm mai rapid până când atinge o valoare de aproximativ +5 mV. În acest moment, canalele de ioni de calciu se închid și canalele de potasiu se deschid, permițând ieșirea K+ și rezultând repolarizare. Când potențialul membranei atinge aproximativ -60 MV, canalele K+ se închid și canalele Na+ se deschid, iar faza prepotențială începe din nou. Acest proces dă autoritmicitatea mușchiului cardiac.

prepotențialul se datorează unui flux lent de ioni de sodiu până la atingerea pragului urmat de o depolarizare și repolarizare rapidă. Prepotențialul explică atingerea pragului membranei și inițiază depolarizarea și contracția spontană a celulei; nu există potențial de repaus.

potențialele membranei și mișcarea ionilor în celulele contractile cardiaceedit

există un model electric distinct diferit care implică celulele contractile. În acest caz, există o depolarizare rapidă, urmată de o fază de platou și apoi de repolarizare. Acest fenomen explică perioadele lungi refractare necesare pentru ca celulele musculare cardiace să pompeze eficient sângele înainte de a fi capabile să tragă pentru a doua oară. Aceste miocite cardiace nu își inițiază în mod normal propriul potențial electric, deși sunt capabile să facă acest lucru, ci mai degrabă așteaptă un impuls pentru a le atinge.

celulele Contractile demonstrează o fază de repaus mult mai stabilă decât celulele conductive la aproximativ -80 mV pentru celulele din atrii și -90 mV pentru celulele din ventricule. În ciuda acestei diferențe inițiale, celelalte componente ale potențialului lor de acțiune sunt practic identice. În ambele cazuri, atunci când sunt stimulate de un potențial de acțiune, canalele cu tensiune se deschid rapid, începând mecanismul de feedback pozitiv al depolarizării. Acest aflux rapid de ioni încărcați pozitiv ridică potențialul membranei la aproximativ +30 mV, moment în care canalele de sodiu se închid. Perioada de depolarizare rapidă durează de obicei 3-5 ms. depolarizarea este urmată de faza de platou, în care potențialul membranei scade relativ lent. Acest lucru se datorează în mare parte deschiderii canalelor lente Ca2+, permițând Ca2+ să intre în celulă în timp ce puține canale K+ sunt deschise, permițând K+ să iasă din celulă. Faza de platou relativ lungă durează aproximativ 175 ms. odată ce potențialul membranei atinge aproximativ zero, canalele Ca2+ se închid și canalele K+ se deschid, permițând K+ să iasă din celulă. Repolarizarea durează aproximativ 75 ms.în acest moment, potențialul membranei scade până când atinge din nou nivelurile de repaus și ciclul se repetă. Întregul eveniment durează între 250 și 300 ms.

perioada refractară absolută pentru mușchiul contractil cardiac durează aproximativ 200 ms, iar perioada refractară relativă durează aproximativ 50 ms, pentru un total de 250 ms. această perioadă extinsă este critică, deoarece mușchiul inimii trebuie să se contracte pentru a pompa sângele eficient și contracția trebuie să urmeze evenimentele electrice. Fără perioade refractare prelungite, contracțiile premature ar apărea în inimă și nu ar fi compatibile cu viața.

(a) există o fază lungă de platou datorită afluxului de ioni de calciu. Perioada refractară extinsă permite celulei să se contracte complet înainte de apariția unui alt eveniment electric.(b) potențialul de acțiune pentru mușchiul inimii este comparat cu cel al mușchilor scheletici.

ioni de calciu

ionii de calciu joacă două roluri critice în fiziologia mușchiului cardiac. Afluxul lor prin canale lente de calciu reprezintă faza de platou prelungită și perioada refractară absolută. Ionii de calciu se combină, de asemenea, cu troponina proteică reglatoare din complexul troponinei. Ambele roluri care permit miocardului să funcționeze corect.

aproximativ 20% din calciul necesar pentru contracție este furnizat de influxul de Ca2+ în timpul fazei de platou. Ca2 + rămas pentru contracție este eliberat din depozitare în reticulul sarcoplasmic.

ratele Comparative ale sistemului de conducere firingEdit

modelul depolarizării prepotențiale sau spontane, urmat de depolarizarea rapidă și repolarizarea descrisă mai sus, sunt văzute în nodul SA și în alte câteva celule conductive din inimă. Deoarece nodul SA este stimulatorul cardiac, acesta atinge pragul mai repede decât orice altă componentă a sistemului de conducere. Va iniția impulsurile care se răspândesc către celelalte celule conductoare. Nodul SA, fără control nervos sau endocrin, ar iniția un impuls cardiac de aproximativ 80-100 de ori pe minut. Deși fiecare componentă a sistemului de conducere este capabilă să genereze propriul impuls, rata încetinește progresiv de la nodul SA la fibrele Purkinje. Fără nodul SA, nodul AV ar genera o frecvență cardiacă de 40-60 bătăi pe minut. Dacă nodul AV ar fi blocat, pachetul atrioventricular ar declanșa la o rată de aproximativ 30-40 impulsuri pe minut. Ramurile pachetului ar avea o rată inerentă de 20-30 impulsuri pe minut, iar fibrele Purkinje ar declanșa la 15-20 impulsuri pe minut. În timp ce câțiva sportivi aerobi instruiți excepțional demonstrează ritmuri cardiace de repaus în intervalul de 30-40 de bătăi pe minut (cea mai mică cifră înregistrată este de 28 de bătăi pe minut pentru Miguel Indurain, ciclist)–pentru majoritatea indivizilor, rate mai mici de 50 de bătăi pe minut ar indica o afecțiune numită bradicardie. În funcție de individ, deoarece ratele scad mult sub acest nivel, inima ar fi incapabilă să mențină un flux adecvat de sânge către țesuturile vitale, ducând inițial la scăderea pierderii funcției în sisteme, a inconștienței și, în cele din urmă, a morții.