Egészségügy | Kardiológia » dr. Nádasdy Gy. L. - A szív elektromos aktivitása, transzmembrán potenciálok, elektrokardiográfia

A szív elektromos aktivitása. Transzmembrán potenciálok. Vezetés a szívizomrostokban, a szív ingerlékenysége és ritmicitása. Elektrokardiográfia. dr Nádasy Gy. L egy doc 2009. okt 9 14:30-15:30 2009. okt 14 12:35-14:25 A szív ingerképző és ingerületvezető rendszere A Purkinje rostok szubendokardiális hálózata Szívizomsejt akciós potenciálok: kamrai munkaizomsejt, szinusz csomó (nodális) sejt, pitvari munkaizomsejt Az akciós potenciál fázisai, konvencionális jelölésük Ventrikuláris munkaizom sejt és nodális sejt akciós potenciáljának összehasonlítása – refrakter periódusok A szinusz csomó akciós potenciálja - fázisai 4. fázis Nincs stabil nyugalmi potenciál, folyamatos sodródás a depolarizáció irányába: „spontán diasztolés depolarizáció”, a furcsa csatornák (funny channels) spontán aktiválódása 0. fázis Felütés (upstroke), a kalcium beáramlás aktiválódása (T és L típusú kalcium

csatornák) 2. fázis A kalcium csatornák nyitottak 3. fázis Kálium csatornák aktivációja, kifelé irányuló kálium áram, repolarizáció A szinusz csomó akciós potenciálja - ionáramok Dihidropiridin érzékeny L-típusú kalcium csatornák szerepe a nodális sejtek akciós potenciáljának kialakításában A nodális sejtek akciós potenciáljának diltiazem érzékenysége A szívfrekvencia kontrollja a nodális akciós potenciálok változásai révén A szinusz csomó sejtjeinek furcsa árama ( If, funny current): Hiperpolarizáció aktiválta, ciklikus nukleotidok révén kapuzott (HCN, hyperpolarization, cyclic nucleotide) ioncsatornák A fent: IC elvezetésű akciós potenciálok B fent IC elvezetésű akciós potenciálok 10 nM izoproterenol (béta adrenerg agonista) és 3 nM acetilkolin (muszkarinos agonista) jelenlétében. A lent Egész sejt patch clamp, a transzmembrán áram a beállított feszültség függvényében (ugyanazon

feszültségszintek a fölső ábrán is láthatók, szaggatott vonalakkal). B lent Egész sejt patch clamp, acetilkolin balra, izoproterenol jobbra tolja az áram – beállított feszültség görbét. Azonos feszültségnél nagyobb befelé irányuló áram izoproterenol jelenlétében, acetilkolinnal fordítva. Di Francesco D 1993, Baruscotti M 2004 A HCN csatorna (If, funny current, furcsa áram) protein topológiája A Négy azonosított izoforma, valamennyi hat transzmembrán doménnel (S1-S6) és ciklikus nukleotida kötő (CNBD, cyclic nucleotide binding) doménnel. Tetramereket alkot. B balra A HCN4 izomér feltételezett szerkezete B jobbra A HCN4 egység transzmembrán doménjei A fekete aminosavak pozitív töltést hordoznak, felelősek az (inverz) feszültségfüggésért. A GYG aminosavsorrend a káliumcsatornákra jellemző, mind káliumra, mind nátriumra permeábilis. A Kv csatornákkal molekuláris analógia ismerhető fel. Baruscotti M 2004 A furcsa áram

(If, funny current) jellegzetességei - feszültségérzékeny, hiperpolarizációra nyit - nátrium és káliumkonduktancia, együttes hatás depolarizáció - spontán diasztolés depolarizáció, lassú kúszás a depolarizáció irányába, a T és L típusú kalcium csatornák küszöbéig - béta adrenerg stimulációra – cAMP szint növekedés – az áramfeszültség görbe a nagyobb áramok irányába tolódik (ugyanakkora membránfeszültségnél) – ez gyorsabb nodális frekvenciát eredményez - muszkarinos (M2) stimuláció – Ach – csökkent cAMP szintek, az áram--feszültség görbe a csökkenő áramok irányába tolódik, kisebb áram(azonos membránfeszültségnél), csökkenő nodális frekvencia A furcsa áram (If) szelektív gátlása Ventrikuláris munkaizomsejt akciós potenciálja – az egyes ionok összesített konduktanciája Ventrikuláris munkaizomsejt akciós potenciálja - „gyors” és „lassú” akciós potenciálok kombinciója

adja, ez biztosítja a gyors vezetést és az elhúzódó aktivitást, biológiailag logikus - A gyors depolarizáció lehetővé teszi a gyors terjedést, a plátó szakasz pedig a tartós kalcium beáramlást és a tartós refrakter fázist - a „gyors” válasszal kezdődik (TTX szenzitív nátriumcsatornák) - „lassú” akciós potenciállal folytatódik (Ca blokkolókra érzékeny) Ventrikuláris sejt akciós potenciál – konvencionálisan 0-1-2-3-4 fázisokkal jelölve 0. fázis felütés, a membrán polarizáció megfordul (mint vázizomban), gyors nátrium csatornák, TTx érzékeny, spontán inaktiváció, aktivációs és inaktivációs kapuk, ami következik a vázizomzattól jelentősen eltér, T és L típusú kalcium csatornák is azonnal aktiválódnak, erősen eltér a kálium csatornák aktivációja 1. fázis, egy határozott, gyors esés a potenciálban kb a 0 vonalra (még mindig depolarizált!) – a nátrium csatornák inaktivációja, tranziens kifelé

irányuló áram Ito (transient outward) kálium csatornák, 4-aminopiridin blokkolja őket. 2. fázis, plátó szakasz, lassú csatornák, kalciumra és nátriumra speifikusak, feszültségérzékenyek (depolarizációra nyitnak) kalcium blokkolókra érzékenyek, szívizomban két típus L- típusú kalciumcsatornák dominálnak a szívben, a felütés aktiválja őket, verapamilra nifedipinre, diltiazemre szenzitívek, küszöbük magasabb, béta adrenerg aktivitás, Gs, cAMP stimulálja őket, tartós (L – lasting) aktivitás T-típusú kalcium csatornák, alacsonyabb küszöb, nikkel ionokra érzékenyek, átmeneti (Ttrantiens) aktivitás a kálium kiáramlás alacsony a depolarizáció ellenére, egyes nátrium csatornák permeábilitása depolarizációra csökken, befelé irányuló rektifikáló áram IK1, befelé rektifikáló kálium csatornák, a kálium permeábilitás csökkent szintje az akciós potenciál alatt hozzájáruk a plátó fázis kialakulásához

Ventrikuláris sejt akciós potenciál, folyt. 5 fázis konvencionálisan 0-1-2-3-4-gyel jelölve 3. fázis, repolarizáció, késleltetett rektifikáló áram (delayed rectifier current), „ lusta” kálium csatornák, három komponens, Iur, Ir és Is, valamennyi feszültségérzékeny kálium csatorna 4. fázis nyugalmi potenciál, -80 mV körül, a befelé rektifikáló kálium (inward rectifying current, IK1) csatornák nyitottak, az aktivációs csatornák zártak Ventrikuláris izomsejt – ionáramok az akciós potenciál alatt A Ventrikuláris izomsejt – intracelluláris elvezetésű akciós potenciál B Az ezt létrehozó ionáramok INa: gyors befelé irányuló nátriumáram ICaL: kalciumáram L-típusú csatornákon keresztül INa/Ca: a nátrium- és kalcium áramok aránya Ito1 (Transient outward): tranziens kifelé irányuló (kálium) áram Kur, Kr, Ks: ultrarapid, rapid and slow (lassú) komponensei a késleltetett rektifikáló (kálium) áramnak K1: befelé

rektifikáló (kálium) áram Ventrikuláris sejtek gyors nátrium csatornája P-hurok, aktiváció Más sejtekéhez hasonló. Négy, körben elhelyezkedő homológ domén, mindegyikben hat transzmembrán szegment. Izom, szív és neuronális izoformák. Eltérő tetrodotoxin érzékenységek. Feszültsészenzor: Az S4 szegmentum alakítja, pozítív töltésű aminosavakkal. Aktivációs kapu: Az extracelluláris S5-S6 hurok visszahajlik és a külső pórus szélét alkotja. Inaktivációs kapu: A III-IV alegységeket összekötő citoplazmikus hurok három hidrofób aminosavval zárja a pórus belső nyílását. Inaktiváció Feszültség szenzor Nátrium szelektivitást meghatározó DEKA motívum A szív L-típusú kalcium csatornái Pórus-hurok- (P-loop), kalcium szelektív L - long lasting, large EEEE motívum conductance – hosszú ideig hat, nagy konduktancia Az alfa1 alegységnek több mint 10 izoformája létezik. Feszültség-érzékenység: depolarizációra

aktiválódik, pozitívan töltött aminosavak az S4 transzmembrán szegmentumban. Dihidropiridin érzékenység. Nincs feszültségfüggő inaktiváció. Az IC Ca2+ eleváció zárja? Membránvándorlás, kapuzás Kapuzás, expressziós szabályozás Kamp T 2000, Fozzard HA 2002 Alfa1c alegység Szerkezeti analógia látható a gyors nátrium csatornával. Négy homológ, ismétlődő domén, mindegyike hat transzmembrán szegmentummal. A citaplazmikus béta alegység az alfa1c alegység I-II intracelluláris hurkával van interakcióban. Az alfa2 alegységet a membránhoz a delta alegység rögzíti. A PKA (zöld) és PKC (sárga) foszforilációs helyek bejelölve A szív L-típusú kalcium csatornáit szabályozó jelfolyamok beta1AR: beta1 adrenergic receptor beta2AR: beta2 adrenergic receptor AC: adenylyl cyclase M2: muscarinic receptor type2 Gs, Gi, Gq: heterotrimeric G proteins AKAP: adenylyl kinase anchor protein PKA: protein kinase A P : többszörös foszforilációs

helyek a PKA (fölső diagram) illetve a PKC (alsó diagram) számára PP1, PP2A: protein phosphatases PLC: phospholipase C ET: endothelin receptor AT1: angiotensin II receptor type 1 RACK: receptor for activated C kinases „Patch clamp” mérés Négy ioncsatorna alternatív nyílásazáródása T- és L típusú kalcium csatornák feszültség-áram karakterisztikái A szív T-típusú kalcium csatornái T (transient current, tiny conductance), tranziens áram, kis konduktancia. Feszültségfüggő kationcsatorna. Feszültségfüggő inaktiváció. A pészméker funkcióhoz hozzájárul. Molekuláris hasonlóság a gyors nátrium csatornával és az Ltípusú kalcium csatornákkal. Farmakológiai sajátosságai az L-típusú kalcium csatornáktól eltérőek (nincs dihidropiridin érzékenység). Antiarritmiás hatású gátlószert még nem találtak. A szív káliumcsatornái A humán génben több mint 80 kálium csatornákkal kapcsolatos gént sikerült eddig

azonosítani, ezek három alapvető molekuláris családba tartoznak: 1. Feszültségfüggő kálium csatornák, Kv csatornák (pl Ito1, Ikur, Ikr, Iks) 2. Befelé rektifikáló káliumcsatornák, Kirs (K1), és a ligandszenzitív KATP, KAch csatornák 3. Négy transzmembrán szegment-két pórusegység típusú kálium csatornák (kevéssé idő vagy feszültségfüggőek, a nyugalmi potenciált és a membráningerlékenységet szabályozzák). Alfa alegységek egymáshoz kapcsolódva alakítják a pórust, ehhez béta alegységek kapcsolódhatnak. Diverzitás: szplájszing, poszttranszlációs modifikációk, alfa alegységek heterológ kapcsolódása, különböző béta alegységek kapcsolódása. A szív feszültségfüggő kálium csatornái - Kv (Ito1, IKur, IKr, IKs) Négy alfa alegység alakítja. Alegységenként hat transzmembrán szegmentum. A pórust szegélyező extracelluláris hurok (pore loop) az S5-S6 transzmembrán szegmentum között, kálium szelektivitásra

utaló TxGYG aminosavszekvenciát hordoz. S4 transzmembrán szegmentum, pozitíven töltött aminosavak, a feszültségérzékenység hordozója. Citoplazmikus nukleotida kötő hely (NBD) Alfa alegység 6TM/1P Befelé rektifikáló kálium csatorna (Kir, IK1, IATP, IAch) Alfa alegység 2TM/1P IK1 (Kir-2.1) Depolarizáció kapcsán azonnal zár (-20 mV-nál) A plató teljes idejében zárt. A nyugalmi membránpotenciált a kálium egyensúlyi potenciálja közelébe rögzíti. Citaplazmikus kalciumra érzékeny? Bárium ionokra érzékeny, PKA függő foszforilációja van. A szív kálium csatornáinak alegységeit kódoló gének (Csak demonstrációra!) A szív káliumcsatornáira ható farmakonok (Csak demonstráció!) Az elektrokardiográfia - a XIX-XX sz. fordulóján feszültségmérő eszközök szükséges érzékenységgel és dinamikával rendelkezésre álltak (torziós voltméter majd katódsugárcső- oszcilloszkóp) - Einthoven holland kardiológus -

tkp. bárhol helyezünk el két elektródot a testfelszínen kellő távolságra (úgy, hogy a szív köztük legyen) a szív által gerjesztett elektromos impulzusokat fogjuk mérni - izomzat nyugvó illetve izomtónus, légzés, GI traktus simaizomzat - az izomsejtek tömege kisebb vagy az izomrostok térben kevésbé rendezettek, illetve az aktivációjuk időben kevésbé lesz rendezett: az akciós potenciálok kevésbé lesznek szinkronizálva térben és időben, nem egy irányba vezetődnek, dipól momemntumaik kevésbé fognak szummálódni a testfelszínen is észlelhető potenciálkülönbségekké (jelentős távolság a a felszíntől, a közbeeső szövetek jelentős ellenállása) - mai: oszcilloszkóp, integrált áramkörös erősítők, komputeres analízis, automatikus riasztás, hordozható eszközök, implantált EKG, His-köteg EKG, pészmékerek, automatikus defibrilláció, poligráfos vizsgálat, stb. A normális EKG görbe hullámai Hogyan keletkezik

a test felszínéről elvezethető EKG görbe? Az EKG görbe keletkezése - bifázisos, összetett akciós potenciálok - a pitvari és kamrai rostok nagy tömege, szinkron elektromos aktivitás, izomrostkötegek azonos irányban futnak - a specifikus ingerképző ingerületvezető rendszer elemei kisebb tömegűek, nem képeznek a felületen is észlelhető hullámot, működésükre indirekt módon következtethetünk - nincs potenciálkülönbség, amikor a minden membránelem a nyugalmi potenciálon van (TP, PQ) - nincs potenciálkülönbség, mikor a membránok egyformán depolarizáltak (kamrai izomrostok plátó fázisa alatt, EKG ST szakasza) - negatívabb lesz a potenciál azon elektród alatt, amely felől a depolarizáló potenciálok a másik elektród irányába terjednek (a depolarizált sejtek felszíne negatívabb, mint a nyugvó sejteké) - pozitívabb lesz lesz a potenciál azon elektród alatt ahonnan a a repolarizáció terjed a másik elektród

irányába - a kamraizomzat esetében a repolarizációs hullám tipikusan a az ellenkező irányban terjed, mint a depolarizációs hullám (az először depolarizálódó kamraizomsejtek fognak később repolarizálódni, a korábban depolarizálódó szubendokardiális izomsejtek plató fázisa hosszabb, mint a később repolarizálódó szubepikardiális rostoké), az EKGn a depolarizációs hullám iránya (R hullám) általában azonos a ventrikuláris repolarizációs hullám (T hullám) irányával, mindkettő pozitív a szokásos Einthoven elvezetésekben Az EKG görbe magyarázata, numerikus értékek - a P hullám, hogyan találjuk meg, amplitúdó - AV átvezetési idő, P hullám elejétől a Q (R) hullám elejéig, 180 ms (alatt, 200 ms, táblázat) P-Q izoelektromos - QRS, ventrikuláris depolarizáció, legalább egy elvezetésben 1 mV fölött kell, hogy legyen, időtartama 120 msec alatt (táblázat), ha a ventrikuláris izomzat a megfelelő sorrendben

aktiválódik (szupraventrikuláris ingerképzés, normális ventrikuláris vezetés), Q hullám, az interventrikuláris szeptum kezdeti depolarizációja, iránya a csúcstól elfelé, R hullám, a legmagasabb depolarizációs hullám, a szokásos elvezetésekben pozitív, az apex irányába terjed, A hullám, negatív, a ventrikuláris izomzat utoljára depolarizálódó tömege a bal kamra hátsó falán helyezkedik el, a depolarizáció irány ismét felefelé mutató - az ST szegmentum, izoelektromos, a ventrikuláris izomsejtek tömegei a plátó fázisban vannak, az alapvonaltól való eltérései (emelkedés, süllyedés) patológiailag fontosak, általában hipoxiára utalnak - T hullám, repolarizációs hullám, iránya (kicsit meglepően) a legnagyobb depolarizációs hullámmal (R hullám) azonos, a depolarizáció sorrendje nem azonos a repolarizáció sorrendjével - QT- elektromos szisztole, TQ elektromos diasztole Az EKG görbe és a ventrikuláris sejtek akciós

potenciálja A ventrikuláris izomsejt akciós potenciálját kialakító ioncsatornák és a hozzájuk tartozó EKG jel Kito Kur Kr Ks A standard EKG elvezetések és az Einthoven háromszög A standard EKG elvezetések és az Einthoven háromszög A három konvencionális EKG elvezetés és a szívizom polaritása A szív elektromos vektora és ennek vetítése az Einthoven elvezetések által meghatározott koordináta rendszerbe A szív különböző részei aktiválódásának sorrendje Az R és S hullámok szerkesztése Az EKG QRS komplexusának szerkesztése az Einthoven háromszög koordináta rendszerébe való vetítésével A mellkasi elvezetések a szívizom polaritását a horizontális síkra vetítve mutatják A His-köteg elektrokardiogram Kiegészítő invazív technika az atrioventrikuláris átvezetés direkt tanulmányozására. Az elektródokat a jobb pitvar alsó mediális recesszusába juttatjuk jobb szívfél

katéterezéssel. Az elektródák hegyét az atrioventrikuláris szeptumhoz fektetjük, a His köteg itt közvetlenül az endokardium alatt fut. AV blokkok 1-ső fokú blokk PQ idők 180 (200) msec fölött 2-ik fokú blokk A kamrai aktiváció szabályos időközönként kiesik 3-ik fokú, komplett blokk. Atri-ventrikuláris disszociáció Pitvari (szupraventrikuláris) extraszisztolé A normális ütésnél hamarabb jelentkezik A QRS koplxum közel normális alakú, idejű (120 msec alatt) Szabálytalan P hullám előzheti meg Nincs kompenzációs pauza (ráterjed a szinusz csomóra) Ventrikuláris extraszisztole A normálisnál hamarabb jelentkezik. A depolarizációs hullám szabálytalan alakú. A QRS idő 120 msec-nál nagyobb Előtte nincs P hullám. Kompenzációs pauza követi. A normális szupreventrikuláris aktiváció érkezésekor a kamraizomzat még refrakter fázisban van. Pitvarlebegés, pitvarfibrilláció Szupraventrikuláris aktivitás nagy

frekvenciával. Az AV csomó az akciós potenciálok egy részét képes tovább vezetni. A ventrikulárs ütések szabályosan (pitvarlebegés) vagy szabálytalanul (pitvarfibrilláció) követik egymást Arrhytmia absoluta (pitvarfibrillációban) A P hullámok nem különíthetőek el. Alektromos kardioverzió. Antiarritmiás gyógyszeres terápia. Abláció. Különböző antiarritmiás gyógyszerek klinikai farmakológiai tesztelése. Automatikus defibrilláció Hogyan alakul ki a fibrilláció? Elősegítő tényező: 1. Lassú vezetés 2. Inhomogén refrakter idők 3. „R on T” 4. Nem aktiválódó szívizomzat szigetei 5. Az impulzusok elágazása 6. Az impulzusok körkörös mozgása, reentry Defibrillátor A sérülési áram, a J-pont értelmezése. A hipoxiás szívizomban észlelt ST emelkedés/süllyedés újabb magyarázata